-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren
auf stabilen, hochreinen Formkörpern
aus pyrogenen Metalloxiden ohne Zusatz von Bindemitteln und deren
Verwendung bei der Gasphasenoxidation von Olefinen.
-
Pyrogen
hergestellte Metalloxide zeichnen sich durch eine extreme Feinteiligkeit,
hohe spezifische Oberflächen,
definierte, kugelförmige
Primärteilchen
mit definierter Oberflächenchemie
und durch nicht vorhandene innere Oberflächen (Poren) aus. Ferner sind
sie durch eine sehr hohe chemische Reinheit gekennzeichnet.
-
Vor
dem Hintergrund der gerade skizzierten Eigenschaften finden z.B.
pyrogene Siliziumdioxide zunehmend Interesse als Träger für Katalysatoren
(D. Koth, H. Ferch, Chem. Ing. Techn. 52, 628 (1980)).
-
Aufgrund
der besonderen Feinteiligkeit der pyrogenen Metalloxide gestaltet
sich jedoch die Herstellung von Formkörpern, wie sie beispielsweise
als Katalysator oder Katalysatorträger verwendet werden, aus diesen
pyrogenen Metalloxiden schwierig. Die Herstellung von Formkörpern aus
metalloxidischen Pulvern erfolgt in der Regel durch Pressen oder
Extrusion unter Verwendung von Bindern und Gleitmitteln, um stabile Formkörper zu
erhalten. Bei den Bindern und Gleitmitteln handelt es sich um anorganische
und organische Zusätze.
-
Anorganischen
Zusätze,
wie z.B. Magnesiumstearat, bleiben in Form von anorganischen Verbindungen,
wie z.B. Magnesiumoxid, in den hergestellten Formkörpern zurück. Auch
organische Zusätze
können
im Herstellprozess der Formkörper
Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, verursachen. Die gewünschte sehr
hohe Reinheit der eingesetzten pyrogenen Metalloxide, wie z.B. pyrogenes
SiO2, geht in den hergestellten Formkörpern dadurch
verloren.
-
Neben
der hohen Reinheit und der hohen Oberfläche ist es eine weitere gewünschte Eigenschaft,
Katalysatoren mit einer möglichst
geringen Schüttdichte
zu erhalten. Dadurch kann einerseits der Stofftransport in der später katalysierten
Reaktion günstig
beeinflusst werden und andererseits wird eine geringere Masse an Trägermaterial
benötigt,
um ein bestimmtes Reaktorvolumen zu füllen. Damit wird das Kostenverhältnis von Trägermaterial
zu Reaktorvolumen besser und das Verfahren wirtschaftlicher.
-
Geringe
Schüttdichten
lassen sich beispielsweise mit Katalysatorformen erreichen, die
mindestens einen Durchtrittskanal haben, wie es beispielsweise Ringe
aufweisen.
-
Besonders
geeignet sind ringförmige
Körper
mit möglichst
geringer Wandstärke.
Geringe Wandstärken
führen
jedoch zu Formkörpern,
bei denen die mechanischen Festigkeiten für eine Katalysatorpräparation und/oder
Reaktorfüllung
nicht mehr ausreichen und daher als Katalysatorträgermaterialien
ungeeignet sind.
-
Als
katalytisch aktive Komponenten können
unter anderem Palladium und/oder dessen Verbindungen und Alkaliverbindungen,
sowie zusätzlich
Gold und/oder dessen Verbindungen (System Pd/Alkali/Au) oder Cadmium
und/oder dessen Verbindungen (System Pd/Alkali/Cd) oder Barium und/oder
dessen Verbindungen (System Pd/Alkali/Ba) oder Palladium, Alkaliverbindungen
und Mischungen aus Gold und/oder Cadmium und/oder Barium eingesetzt
werden.
-
Im
Stand der Technik sind viele Möglichkeiten
beschrieben, Katalysatoren auf Formkörpern aus Metalloxiden herzustellen,
wobei zur späteren
Festigkeit Bindemittel oder sonstige Verfestigungsschritte notwendig
sind und die erzielten Oberflächen
der Katalysatorträger
hohe Schüttdichten
der Katalysatoren erfordern.
-
EP 72390 beschreibt die Herstellung
von Presslingen aus einem Gemisch von pyrogenen Metalloxiden, Wasser,
Kieselsol und einem Presshilfsmittel. Als Hilfsmittel wird ein mehrfunktioneller
Alkohol (z.B. Glycerin) beansprucht.
-
Aus
EP 327722 ist bekannt, pyrogenes
Siliziumdioxid mit Kaolin und/oder Graphit, Zucker, Stärke, Harnstoff,
Wachs in Wasser zu versetzen. Die Herstellung der Presslinge kann
durch Einsatz von Stempelpressen, Exzenterpressen, Strangpressen,
Rundlaufpressen oder Kompaktoren erfolgen. Nach
EP 327815 wird analog verfahren, jedoch
anstelle von pyrogenem Siliziumdioxid pyrogenes Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Mischoxid
verwendet.
-
EP 807615 beinhaltet ein
Verfahren zur Herstellung von Presslingen, bestehend aus pyrogenem
Siliziumdioxid, Methylcellulose, Mikrowachs und Polyethylenglykol
und Wasser. Die Presslinge weisen üblicherweise Gehalte von 50
bis 90 Gew.-% Siliziumdioxid, 0,1 bis 20 Gew.-% Methylcellulose
und 0,1 bis 15 Gew.-% Mikrowachs und 0,1 bis 15 Gew.-% Polyethylenglycol
auf.
-
Nach
DE 41 42 898 ist es möglich, stabile
Formkörper
aus pyrogener Kieselsäure
und wässrig-alkoholischer
Ammoniaklösung
herzustellen. Eine rein wässrige
Ammoniaklösung
führt dagegen
nicht zum Erfolg. Durch den hohen Anteil an wässrig-alkoholischer Ammoniaklösung wird
die zu formende Mischung stark alkalisch gestellt. Die Verwendung
von Alkohol birgt die Gefahr von C-Kontamination für den resultierenden
Katalysatorträger
mit sich. Laut
DE 41 42 902 können stabile
Formkörper
aus pyrogener Kieselsäure
und Ammoniaklösung
bzw. aus pyrogener Kieselsäure
und Alkalimetall-haltigem Kieselsol nur dann erhalten werden, wenn
die Formlinge einer hydrothermalen Behandlung ausgesetzt werden.
Im Fall des Ammoniakzusatzes wird die Mischung wiederum sehr alkalisch
gestellt. Es ist bekannt, dass dieser Überschuss an Base (pH > 10) zum partiellen
Auflösen
von SiO
2 führt.
-
US 4048096 beschreibt die
Herstellung von Pd/Au-Schalenkatalysatoren,
bei denen die Edelmetalle in einer Schichtdicke kleiner gleich 0,5
mm von der äußeren Oberfläche der
Trägerkörper vorkommen.
Als Base zur Überführung der
löslichen
Edelmetallverbindungen in die jeweiligen Edelmetallhydroxide werden
Alkalimetallsilikate verwendet, wobei während dieses Schrittes für eine Dauer
von 12–24
Stunden ein pH-Wert von 6,5–9,5
eingestellt wird. Als Trägermaterialien
der darauf basierenden VAM-Katalysatoren werden Träger mit
Oberflächen
von 10–800
Quadratmeter pro Gramm verwendet.
-
EP 807615 beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung von Presslingen aus pyrogen hergestelltem
Siliciumdioxid, wobei Siliciumdioxid mit Methylcellulose, Mikrowachs
und Polyethylenglykol unter Zusatz von Wasser homogenisiert wird.
Nach dem Vermischen erfolgt eine Trocknung bei 80 bis 150°C. Das eventuell
vorher zerkleinerte Pulver wird zu Presslingen verformt, die für einen
Zeitraum von 0,5 bis 8 Stunden bei Temperaturen von 400 bis 1200°C getempert
werden. Die Mischungen vor dem Verpressen der Massen weisen üblicherweise
Gehalte von 50 bis 90 Gew.-% Siliciumdioxid, 0,1 bis 20 Gew.-% Methylcellulose
und 0,1 bis 15 Gew.-% Mikrowachs und 0,1 bis 15 Gew.-% Polyethylenglycol
auf. Die in den Beispielen aufgeführten Presslinge verfügen über BET-Oberflächen von
120 bis 210 m
2/g bei Porenvolumina von 0,71
bis 0,97 ml/g. Die in dem Patent beanspruchten Presslinge mit einem
Außendurchmesser
von 0,8 bis 20 mm und einer BET-Oberfläche von 30 bis 400 m
2/g weisen ein Porenvolumen von 0,5 bis 1,3
ml/g auf. Die Formkörper
mit einer Schüttdichte
von 350 bis 750 g/l bestehen aus mind. 99,8 Gew.-% Siliciumdioxid
(andere Bestandteile < 0,2
Gew.-%) und erreichen bei einem Abrieb < 5 Gew.-% mechanische Stabilitäten von
10 bis 250 Newton. Basierend auf diesen Trägermaterialien werden Katalysatoren
zur Herstellung von Vinylacetatmonomer beansprucht, die Palladium,
Gold und Alkaliacetat enthalten.
-
EP 997192 B1 beschreibt
Palladium-Trägerkatalysatoren
(Pd/Au/Alkali, Pd/Cd/Alkali oder Pd/Ba/Alkali-Systeme), die auf
Formkörpern
aus pyrogen hergestellten Mischoxiden basieren. Die dem Katalysator
zugrunde liegenden Formkörper
weisen einen Außendurchmesser
von 0,8 bis 25 mm, eine BET-Oberfläche von 5 bis 400 m
2/g und ein Porenvolumen von 0,2 bis 1,8
ml/g auf und setzen sich aus mindestens zwei aus der Gruppe SiO
2, Al
2O
3,
TiO
2 und ZrO
2 in
beliebiger Reihenfolge jedoch mit Ausnahme von SiO
2/Al
2O
3-Mischoxiden zusammen,
wobei sonstige Bestandteile < 1
Gew.-% sind. Zudem weisen die beschriebenen Trägermaterialien Druckfestigkeiten
von 5 bis 350 Newton und Schüttdichten
von 250 bis 1500 g/l auf. Basierend auf diesen Trägermaterialien
werden Katalysatoren beansprucht, die Palladium-, Gold- und Alkaliverbindungen
oder Palladium-, Cadmium- und Alkaliverbindungen oder Palladium-,
Barium- und Alkaliverbindungen enthalten. Bei der Alkaliverbindung
handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um Kaliumacetat.
Der Katalysator wird zur Herstellung von ungesättigten Estern, z.B. Vinylacetatmonomer,
in der Gashase verwendet.
-
EP 464633 beschreibt einen
Katalysator mit mindestens einem Durchtrittskanal bei einem Innendurchmesser
des Kanals von mindestens einem Millimeter, der Palladium und/oder
dessen Verbindungen in einer Menge von 1 bis 20 Gramm/Liter und
gegebenenfalls Gold und/oder dessen Verbindungen in einer Menge
von 0,1 bis 10 Gramm/Liter enthält.
Mindestens 95% des Palladiums, Goldes und/oder deren Verbindungen
erstrecken sich in einem Bereich von der Oberfläche bis zu 0,5 mm unterhalb
der Oberfläche
des Trägers
(Schalenkatalysator). Der Katalysator wird zur Herstellung von ungesättigten
Estern (z.B. Vinylacetat) durch Reaktion eines Olefins (z.B. Ethen)
mit einer organischen Carbonsäure
(z.B. Essigsäure)
und Sauerstoff in der Gasphase erhalten. Als Reduktionsmittel wird
in den Beispielen Hydrazinhydrat verwendet.
-
Die
im Stand der Technik genannten Schriften zeigen, dass die Herstellung
von stabilen Formkörpern bisher
nicht ohne anorganische oder organische Zusätze, wie beispielsweise Extrusionshilfsmittel,
Porenbildner, Sole oder zusätzliche
Verfestigungsschritte möglich
ist. Weiterhin zeigen die Katalysatoren aus dem Stand der Technik
ungünstige
Schüttdichten
und niedrige Aktivitäten.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern und Katalysatoren
mit geringeren Schüttdichten
auf Basis von pyrogenen Metalloxiden, wie pyrogenes Si02,
zur Verfügung
zu stellen, die möglichst
geringe Verunreinigungen an Metallen, Kohlenstoff und Phosphor aufweisen,
gleichzeitig eine hohe Festigkeit besitzen und eine verbesserte
Selektivität
und eine höhere
Aktivität
als bekannte Katalysatoren aufweisen.
-
Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren
für die
Gasphasenoxidation von Olefinen, umfassend die Schritte:
- (I) Suspendierung mindestens eines pyrogen
hergestellten Metalloxids in einem Lösungsmittel,
- (II) Überführung des
Metalloxids in einen aktivierten Zustand durch Feinsuspendierung
mittels einer Dispergiervorrichtung und/oder Nassvermahlung,
- (III) Koagulierung der Suspension zu einer pastösen Masse,
- (IV) Überführung der
koagulierten Suspension in einen Formkörper,
- (V) Trocknung des Formkörpers,
- (VI) Kalzinierung des erhaltenen Formkörpers,
- (VII) Überführung des
Formkörpers
in einen aktiven Katalysator durch Aufbringen einer oder mehrerer
katalytisch aktiver Verbindungen oder einer oder mehrerer Precursor-Verbindungen
und/oder einer oder mehrerer Promotorverbindungen, die in einem nachfolgenden
Schritt in eine oder mehrere katalytisch aktive Verbindungen überführt werden
können.
-
Die
pyrogenen Metalloxidpulver werden durch eine Flammenhydrolyse oder
eine Flammenoxidation aus einem Metalloxidprecursor in einer Knallgasflamme
erhalten. Dabei entstehen zunächst
annähernd
sphärische
Primärpartikel,
die während
der Reaktion zu Aggregaten zusammensintern. Die Aggregate können sich anschließend zu
Agglomeraten zusammenballen. Im Gegensatz zu den Agglomeraten, die
sich durch Eintrag von Energie in der Regel relativ leicht in die
Aggregate trennen lassen, werden die Aggregate, wenn überhaupt, nur
durch intensiven Eintrag von Energie weiter zerlegt.
-
Als
pyrogene Metalloxide können
Siliciumoxid (SixOy),
Aluminiumoxid (AlxOy),
Titanoxid (TixOy),
Zirkoniumoxid (ZrxOy),
Ceroxid (CexOy)
oder Mischungen dieser Metalloxide verwendet werden. Bevorzugt wird
Siliciumoxid verwendet, besonders bevorzugt Siliciumdioxid (SiO2)(WACKER HDK® T40).
-
Zur
Herstellung der Suspension wird pyrogen hergestelltes Metalloxidpulver
oder Mischungen verschiedener Metalloxidpulver mittels Rührenergie
in ein Lösungsmittel,
vorzugsweise Wasser, langsam eingetragen. Um eine vorzeitige Gelierung
zu vermeiden geschieht dies vorzugsweise innerhalb von 5 bis 90
Minuten.
-
Zur
Aktivierung der eingesetzten Metalloxide werden diese durch eine
Vermahlung oder mit Hilfe einer Dispergiervorrichtung in einen hochenergetischen
Zustand überführt. Dies
erfolgt vorzugsweise in Anwesenheit eines Lösungsmittels, bevorzugt Wasser,
dass die beim Bearbeiten entstehende Wärme abführt. Es können auch organische Lösungsmittel
verwendet werden, jedoch bergen diese die Gefahr der Kohlenstoff-Kontamination
des späteren
Katalysatorträgers.
Besonders bevorzugt wird Wasser in hochreiner Form (Fe < 2 ppb) verwendet,
wie es z.B. nach literaturbekannten Verfahren erhalten werden kann
oder käuflich erhältlich ist.
Vorzugsweise wird speziell gereinigtes Wasser verwendet, das einen
Widerstand von ≥ 18
MegaOhm·cm hat.
-
Zur
Herstellung der aktivierten, feinteiligen Suspension hat es sich
als vorteilhaft herausgestellt, wenn man die Komponenten in einer
Reibmühle,
beispielsweise einer Ringspaltmühle,
vermahlt. Bei der Ringspaltmühle
dreht sich ein zentrisch gelagerter Mahlkegel in einem glockenförmigen Hohlkegel.
Das zu vermahlende Gut tritt unten in die Mühle ein, wird im Ringspalt
zwischen den Mahlkegel und der Innenwand des Gehäuses zerkleinert und tritt
im Oberteil der Mühle,
die auch Glockenmühle
genannt wird, aus. Die erhaltene Suspension kann in einem Behälter aufgefangen
werden und im Kreislauf wieder zum Mühleneintritt zurückgeführt werden. Alternativ
zu Ringspaltmühlen
können
auch alle anderen dem Fachmann bekannten für eine Nassvermahlung geeigneten
Mühlenarten,
wie beispielsweise eine stehende oder liegende Rührwerkskugelmühle, verwendet werden.
Vorzugsweise wird das Lösungsmittel
bei einer Kreislaufführung
in sämtlichen
Abschnitten auf Raumtemperatur gehalten. Zusätzlich kann ein interner Kühlkreislauf
in der Mühle
zur Beseitigung von möglicherweise
auftretenden Temperaturgradienten vorgesehen sein.
-
Die
Aktivierung der Suspension kann alternativ auch mit Hilfe von verschiedenen
Dispergierapparaten erfolgen, z.B. mittels Dissolver oder Planetendissolver.
Hierbei wird das Metalloxid-Pulver
mit Hilfe einer Dissolverscheibe in Wasser eindispergiert und bei
einer Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 8 m/s, vorzugsweise
mindestens 12 m/s, für
mindestens 25 Min. nachdispergiert. Zur Einstellung von Partikel-,
Aggregat- und Agglomeratgröße wird
die Suspension mittels Dissolver, Ultraschalldispergierer, Planetendissolver,
Hochenergiemühle
oder hochrein ausgeführter
Kugelmühle
für mindestens
25 Min. feindispergiert.
-
Alternativ
zur Vorsuspendierung des Metalloxids in der Flüssigkeit und anschließender Aktivierung
der Suspension in zwei getrennten Schritten kann die Zugabe des
Feststoffs (Metalloxid und/oder Mischung verschiedener Metalloxide)
zum Lösungsmittel
auch während
des Aktivierungsschritts erfolgen. Unabhängig davon ob der Feststoffeintrag
vorab oder während
des Aktivierungsschritts erfolgt, wird nach abgeschlossener Feststoffzugabe
bevorzugt noch für
eine Zeit von 0,5 bis 4 Stunden weiterbehandelt.
-
Für die Herstellung
der aktivierten Metalloxid-Suspension durch Vermahlung können Mahlwerkzeuge beispielsweise
Perlen aus Stahl, Glas, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilikat,
Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder anderen dem Fachmann bekannten
Materialien verwendet werden. Bevorzugt werden Materialien aus Zirkoniumsilikat,
Zirkoniumoxid, Siliciumnitrid, besonders bevorzugt aus Siliciumnitrid.
Die Mahlperlendurchmesser betragen üblicherweise 0,8 bis 2,0 Millimeter.
-
Bei
der Herstellung der Suspension sollte eine möglichst homogene Suspension
erzeugt werden. Eine homogene Suspension im Sinne der Erfindung
liegt vor, wenn die Suspension möglichst
agglomeratfrei ist. Agglomerate bewirken Inhomogenitäten im späteren keramischen
Gefüge
der jeweiligen Anwendung, wie z.B. als Katalysatorträger. Um
Agglomeratfreiheit zu gewährleisten,
können
die Suspensionen am Ende der Dispergierung auch durch Siebung von
restlichen Agglomeraten befreit werden.
-
Eine
niedrige Viskosität
(z.B. < 2 Pa s)
und Fließgrenze
ist für
eine optimale Homogenisierung der Suspension wichtig. Diese können durch
pH-Wert-Änderung
erreicht werden. Im Fall von pyrogenem Siliziumdioxid kann dies
durch Zugabe einer Säure
geschehen.
-
Der
pH-Wert wird sowohl während
der Vorsuspendierung als auch während
des Aktivierungsschritts im einem Bereich von 2,0 bis 4,0, bevorzugt
2,5 bis 3,5 gehalten. Dies kann durch optionale Zugabe einer Säure oder
einer Base geschehen. Als Säure
oder Base können
alle dem Fachmann bekannten mineralischen oder nicht mineralischen
Säuren
oder Basen eingesetzt werden, die später im Formkörper keine
oder nur zu vernachlässigende
Verunreinigungen hinterlassen. Als Säure wird bevorzugt Salzsäure oder
Salpetersäure verwendet
und als Base Ammoniak, bevorzugt eine wässrige Ammoniaklösung.
-
Der
Feststoffgehalt innerhalb der Metalloxid-Suspension beträgt vorzugsweise
5 und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.-% und besonders
bevorzugt zwischen 15 und 25 Gew.-%. Dies ist unabhängig davon,
ob die Metalloxid-Suspension in zwei getrennten Schritten hergestellt
wurde oder das Metalloxid-Pulver
erst während
des Aktivierungsschritts zugegeben wurde.
-
Beim
Koagulierungsschritt wird die Suspension mit dem aktivierten Metalloxid
durch eine pH-Wert-Änderung
oder durch weitere Zugabe von einem oder mehreren Metalloxiden von
ihrem homogenen, stabilen, dünnflüssigen Zustand
in einen Zustand überführt, in
dem die Suspension koaguliert und sich zu einer pastösen Masse
verfestigt. Im koagulierten Zustand kann von einem viskoelastischen
Festkörper
gesprochen werden, d.h. der Speichermodul G' liegt um ein Vielfaches höher als
der Verlustmodul G''.
-
Das
für die
Koagulierung zugegebene Metalloxid kann sich dabei auch von dem
in der Vorsuspendierung und/oder dem Aktivierungsschritt zugegebenen
Metalloxid unterscheiden.
-
Wird
die Koagulierung zu einer pastösen
Masse durch Einrühren
von weiterem, pulverförmigem
Metalloxid oder von Mischungen verschiedener Metalloxide in die
Suspension durchgeführt,
kann dies gegebenenfalls auch durch zusätzliche Zugabe einer Base,
beispielsweise wässriger
Ammoniaklösung,
geschehen, um den Gelierprozess zu erleichtern.
-
Bis
zum Abschluss der Zugabe von weiterem pulverförmigen Metalloxid kann durch
eine optionale Zugabe einer Säure,
beispielsweise Salzsäure,
der pH-Wert in einem Bereich von 2 bis 4 gehalten werden. Nachdem
die Zugabe der zusätzlichen
Feststoffmenge abgeschlossen ist, kann gegebenenfalls durch tropfenweise Zugabe
einer Base, beispielsweise einer wässrigen Ammoniaklösung, während des
Rührens
der pH-Wert in einen Bereich von 4 bis 10, besonders bevorzugten
Bereich von 5 bis 8, eingestellt werden. Durch Änderung des pH-Werts und/oder
der Zugabe einer oder mehrerer Metalloxide ändert sich hierbei die Rheologie.
Aus einer flüssigen
Suspension entsteht eine gelförmige
Formgebungsmasse. Das Verhältnis
der Menge an zusätzlich
zugegebenem pulverförmigem
Metalloxid zu dem in der Suspension vorliegenden Metalloxid beträgt üblicherweise
1:1 bis 1 Teil pulverförmiges
Metalloxid zu 2 Teilen Metalloxid in Suspension. Während des
Einrührens
ist darauf zu achten, das eingetragene Metalloxid möglichst
gleichmäßig in der
vorgelegten aktivierten Metalloxid-Suspension zu verteilen und Inhomogenitäten in der
pastösen
Masse zu vermeiden. Das Untermischen des Metalloxid-Pulvers in die
Suspension unter Verwendung großer
Scherkräfte
sollte vermieden werden, da sonst die für den danach folgenden Formgebungsschritt
geeignete Plastizität
der Masse wieder verloren geht und die Masse zu flüssig wird.
Durch längere
Wartezeiten (mehrere Stunden bis Tage) einer zu flüssigen Suspension
können
die geeigneten und für
den späteren
Formgebungsschritt benötigten
plastischen Eigenschaften wieder erreicht werden.
-
Alternativ
kann der Koagulierungsschritt auch nur durch eine Änderung
des pH-Wertes erzeugt werden. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird kein weiteres Metalloxid zugegeben. Dabei geschieht die Koagulation
der Suspension nur durch pH-Wert-Änderung mittels einer Säure oder
Base. Im Falle von Siliciumdioxid geschieht die pH-Wert-Einstellung
vorzugsweise durch Zuhilfenahme von Basen, wie NaOH, KOH, NH3 oder ihren wässrigen Lösungen. Diese werden langsam,
vorzugsweise tropfenförmig
der aktivierten Suspension bis zu einem Endwert in einem Bereich
von 4 bis 10, besonders bevorzugt 5 bis 8 zugegeben. Besonders bevorzugt
wird hier NH3 eingesetzt. Die Suspension
kann durch Zusatz von NH3 von ihrem homogenen,
stabilen, dünnflüssigen Bereich
in einen Bereich überführt werden,
in dem die Suspension koaguliert und sich verfestigt.
-
Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die Suspension vorzugsweise nach wenig Zugabe
von NH3 besonders für eine Formgebung geeignet
war. Ein typisches Verhältnis
pyrogenes Siliziumdioxid, das selbst einen pH-Wert von 3,9 bis 4,5
hat, zu 1% NH3-Lösung beträgt 45 zu 1. Stabile Formkörper können dann entstehen,
wenn die Suspension auf einen pH-Bereich von 5,6 bis 6,9, bevorzugt
von 6,0 bis 6,4 eingestellt wird. Der pH-Wert der resultierenden
Suspension befindet sich also knapp unterhalb des neutralen pH-Wertes von
7,0. Nach Einstellung auf den obigen pH-Wert zieht die Suspension
innerhalb von wenigen Minuten an und es entsteht eine formbare Masse
mit viskoelastischem Verhalten.
-
Viskoelastisches
Verhalten bedeutet, dass bei einem rheologischen Deformationsversuch
in Oszillation der Speichermodul G' größer als
der Verlustmodul G'' ist. Die Moduli
G' und G'' können
gemäß der Gleichung τ = γ(t)·(G' sinωt + G'' cosωt)
bestimmt werden, wobei τ die
Spannungsantwort der Probe auf die zeitliche Änderung der Deformation γ(t) bei einer
Maximalamplitude γ0 und der Winkelgeschwindigkeit ω ist, d.h. γ(t) = γ0·sinωt. Die Bestimmung
der Beträge
von G' und G'' erfolgt dabei im Plateaubereich des
Speichermoduls G'. Der
Speichermodul G' sollte
im Sinne der Erfindung mindestens 10000 Pa, bevorzugt mindestens
50000 Pa, betragen, und der Quotient G''/G' sollte kleiner 1
sein, bevorzugt kleiner 0,55 und ganz besonders bevorzugt kleiner
0,25. Der jeweilige Modul wurde mittels Platte-Platte-Geometrie
mit einem Scherspalt von 1,5 mm oder in einer anderen Ausführungsform
von 2 mm bei einer Temperatur von 23°C gemessen.
-
Der
erfindungsgemäße Einsatz
der erfindungsgemäßen Masse
zeichnet sich durch besondere Langzeitstabilität des viskoelastischen Verhaltens
aus. Dies bedeutet, dass der Speichermodul G' nach einer Lagerzeit von 1 Woche bei
Raumtemperatur in einem geschlossenen Behälter maximal auf 70% des Ausgangswertes,
bevorzugt maximal auf 90% des Ausgangswertes abgesunken ist, wobei
der Modul mittels Platte-Platte-Geometrie
mit einem Scherspalt von 1,5 mm oder in einer anderen Ausführungsform
von 2,0 mm bei einer Temperatur von 23°C gemessen wurde.
-
Erfolgt
die Durchmischung der Massen nur unzureichend, können Inhomogenitäten innerhalb
der Formgebungsmasse den anschließenden Formgebungsschritt in
ungewünschter
Weise beeinflussen. Dabei entstehen Formkörper mit geringerer mechanischer
Stabilität
oder Massen, die absolut ungeeignet zur Formgebung sind. Der Feststoffanteil
an Metalloxid in der Formgebungsmasse beträgt beispielsweise bei auf pyrogenen
SiO2-basierenden
Trägermaterialien
10 bis 40 Gew.-%.
-
Wird
später
als Formgebung eine Tablettierung durchgeführt, ist es zweckmäßig, einen
deutlich höheren
Feststoffgehalt zu wählen.
Mischt man den pyrogenen Metalloxid-Partikeln gefällte Metalloxid-Partikel
bei, so kann, wie beispielsweise bei der Fällungskieselsäure, der
Feststoffgehalt in der Dispersion von 40 Gew.-% auf bis zu 60 Gew.-%
erhöht
werden.
-
Die
Formgebung der Masse, kann beispielsweise durch Extrudieren, Tablettieren
oder Pressen erfolgen. Bevorzugt wird der Katalysatorformkörper durch
Extrudieren erzeugt. Hier sind alle dem Fachmann bekannten Geräte, wie
Extruder, Schneckenextruder, Tablettiermaschine, Strangpressen,
Kolbenstrangpresse, denkbar. Bevorzugt kommt eine Kolbenstrangpresse
zum Einsatz, bei deren Verwendung auf die Formgebungsmasse keine
weiteren bzw. nur geringe Scherkräfte einwirken, die zu einer
Verflüssigung
der Masse oder einer Phasenseparation der Formgebungsmasse führen könnten.
-
Die
Geometrie des Katalysatorformkörpers
ergibt sich aus dem jeweils gewählten
Formgebungswerkzeug. Herstellbar sind Geometrien, wie Ringe, Pellets,
Zylinder, Wagenräder,
Kugeln, etc. Die Länge
von Ringen und Pellets wird unter Verwendung einer Schneidvorrichtung
direkt nach der Formgebung definiert. Die Trocknung des Formkörpers erfolgt
mittels dem Fachmann bekannter Methoden (Trockenschrank, IR-Heizung,
Mikrowelle). Die Trocknung erfolgt bei Temperaturen zwischen 25°C und 200°C, bevorzugt
zwischen 30°C
und 100°C,
besonders bevorzugt zwischen 40°C
und 80°C.
Die Trocknungszeit hängt
vom Mengenverhältnis
Metalloxid zu Wasser ab, liegt aber zwischen 0,5 bis 50 Stunden,
bevorzugt zwischen 2 und 30 Stunden. Die Trocknung der Katalysatorformkörper ist
sehr kritisch, da bei zu schneller Trocknung (beispielsweise zu
hohe Temperaturen oder zu geringe Luftfeuchtigkeit) die noch enthaltene
Feuchtigkeit nicht schnell genug aus dem Material über die
Poren entweichen kann und dadurch die Körper Risse bekommen können.
-
Nach
der Trocknung der Katalysatorformkörper werden diese einer Kalzinierung
unterzogen. Als Kalzinierungsverfahren kommen alle üblichen,
dem Fachmann bekannten Verfahren in Frage. Bevorzugt ist eine Kalzinierung
in einem Ofen unter Luftatmosphäre,
wobei der Sauerstoffgehalt variiert werden kann. Der Luft kann ein
weiteres Gas beigemischt werden. Hierfür kommen verschiedene Schutzgase
in Frage. Als Schutzgase eignen sich alle dem Fachmann bekannten
Schutzgase, besonders bevorzugt sind Stickstoff, Argon oder Helium.
Die Luft kann ebenso komplett durch das Schutzgas ersetzt werden.
Die Kalzinierung erfolgt bei Temperaturen zwischen 500°C und 1250°C, bevorzugt
zwischen 700°C
und 1100°C
und besonders bevorzugt zwischen 850°C und 1000°C. Die Sinterzeit liegt zwischen
0,5 und 20 Stunden, eine typische Sinterdauer liegt zwischen 2 und
10 Stunden. Die Kalzinierung kann unter Normaldruck oder unter Vakuum
durchgeführt
werden. Durch den erfindungsgemäßen Prozess
lassen sich bereits gleiche Festigkeiten bei niedrigeren Kalziniertemperaturen
erreichen als im Stand der Technik üblich.
-
Durch
den Kalzinierschritt reduziert sich die Oberfläche des Katalysatorträgers, die
für den
katalytischen Prozess eine wichtige Größe darstellt. Da aber die erfindungsgemäßen Trägermaterialien
wegen ihrer exzellenten Homogenität eine ausreichende Stabilität auch ohne
Kalzinierung oder nach Kalzinierung bei niedrigen Temperaturen aufzeigen,
verfügen
sie neben der höheren
Reinheit zudem über
deutlich höhere
Trägeroberflächen und
Porenvolumina gegenüber
dem Stand der Technik.
-
Die
aus dem erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltenen Katalysatoren zeichnen sich ferner dadurch aus, dass
die Formkörper
ohne die übliche
Zugabe von Hilfsstoffen/Additiven, wie beispielsweise Extrusionshilfsmitteln,
Porenbildnern oder Solen hergestellt werden. Durch den Verzicht
auf Hilfsstoffe kann die hohe chemische Reinheit der (beispielsweise
pyrogenen) Metalloxide beibehalten werden. Die Trägerform
der Materialien ist nicht entscheidend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Ob die Aktivkomponenten vor dem Formgebungsschritt der pastösen Masse
zugegeben werden und damit bereits nach dem Formgebungsschritt auf
dem Trägermaterial
mehr oder weniger fein verteilt vorliegen oder erst nach der endgültigen Fertigstellung
des Katalysatorträgers
in einem nachfolgenden Prozessschritt, z.B. durch Imprägnieren,
aufgebracht werden, ist für die
Erfindung ebenfalls nicht entscheidend.
-
Aufgrund
der hohen Reinheit der Ausgangspulver und des hochreinen Herstellungsprozesses
ist eine gezielte Dotierung des hochreinen Metalloxids mit einem
anderen hochreinen Metalloxid möglich.
Ein Beispiel ist die Herstellung von aziden Katalysatorträgern durch
Dotierung von pyrogenem SiO2 mit pyrogenem
Al2O3. Durch diese
Dotierung werden im SiO2 Lewissaure Zentren
geschaffen. In diesem Sinne können
aus den hochreinen Oxiden SiO2, Al2O3, ZrO2 und
TiO2 hochreine Mischoxide erzeugt werden.
-
Durch
die erfindungsgemäße Verwendung
von feinteiligen Oxiden entstehen Katalysatorformkörper mit
sehr hohen Oberflächen.
Die erreichten BET-Oberflächen
liegen zwischen 30 m2/g und 500 m2/g, bevorzugt zwischen 150 m2/g
und 450 m2/g und besonders bevorzugt zwischen
250 m2/g und 400 m2/g.
Die feinteiligen Oxide bewirken ferner die Herstellung eines Formkörpers mit
hohem Porenvolumen, das zwischen 0,5 ml/g und 1,3 ml/g, bevorzugt
zwischen 0,7 ml/g und 1,25 ml/g und besonders bevorzugt zwischen
0,9 ml/g und 1,2 ml/g liegt.
-
Mittels
Sinterung können
aus den feinteiligen Metalloxiden feinporige Formkörper gebildet
werden. Der Anteil an Poren mit einem Durchmesser zwischen 10 nm
und 20 nm liegt typischerweise bei mehr als 60%, bevorzugt bei mehr
als 70% und ganz besonders bevorzugt bei mehr als 80%.
-
Die Überführung des
Formkörpers
in einen aktiven Katalysator geschieht durch Aufbringen einer oder mehrerer
katalytisch aktiver Verbindungen oder einer oder mehrerer Precursor
Verbindungen und/oder einer oder mehrerer Promotorverbindungen,
die in einem nachfolgenden Schritt in eine oder mehrere katalytisch
aktive Verbindungen überführt werden
können.
Hierbei können
alle dem Fachmann bekannten Verfahren, die zu Katalysatoren für die Gasphasenoxidation
von Olefinen führen,
verwendet werden. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen hochreinen
und hoch-oberflächigen
Trägerkörpern werden
damit bislang unerreichte hohe Oberflächen und eine möglichst
feine Verteilung der Edelmetall-Zentren mit damit einhergehender
höherer
Katalysatoraktivität
ermöglicht.
-
Die
Zugabe einer oder mehrerer Promotorverbindungen kann auch nach der Überführung der
Formkörper
in einen Katalysator in einem separaten Schritt erfolgen.
-
Alternativ
zur Aufbringung einer oder mehrerer katalytisch aktiver Verbindungen
oder einer oder mehrerer Precursor Verbindungen zusammen mit einer
oder mehreren Promotorverbindungen in einem Schritt kann die Aufbringung
einer oder mehrerer Promotorverbindungen separat in einem vorgelagerten
oder nachgelagerten Prozessschritt zur Aufbringung einer oder mehrerer
katalytisch aktiver Verbindungen oder einer oder mehrerer Precursor
Verbindungen erfolgen.
-
Die
fertigen Katalysatoren haben durch die darauf basierenden neuartigen
hoch-oberflächigen
Trägermaterialien
Vorteile hinsichtlich Aktivität
(Raum-Zeit-Ausbeute), Selektivität
(geringere Nebenreaktion: Ethenverbrennung zu Kohlendioxid und niedrigere
Ethylacetat-Bildungsrate) und/oder Langzeitstabilität.
-
Als
katalytische Komponenten zur Beschichtung der Formkörper kommen
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
bevorzugt ein oder mehrere Systeme aus der Gruppe enthaltend Pd/Au/Alkali-Verbindungen, Pd/Cd/Alkali-Verbindungen
und Pd/Ba/Alkali-Verbindungen
zur Verwendung.
-
Eine
oder mehrere der oben genannten Komponenten werden dabei durch Tränken, Aufsprühen, Aufdampfen,
Tauchen oder Ausfällen
der Pd- und/oder Au- und/oder Cd- und/oder Ba-Metall-Verbindungen auf den
Träger
aufgebracht. Gegebenenfalls können
diese Komponenten auch durch Reduzieren der auf dem Träger aufgebrachten
reduzierbaren Metallverbindungen, und/oder durch Waschen zur Entfernung
gegebenenfalls vorhandener Chloridanteile, durch Imprägnieren
mit Alkaliacetat oder Alkaliverbindungen, die sich unter den Reaktionsbedingungen
bei der Produktion von Vinylacetatmonomer ganz oder teilweise in
Alkaliacetat umwandeln, in geeigneter Reihenfolge aufgebracht werden.
-
Als
Alkaliverbindungen werden Kaliumverbindungen, wie beispielsweise
Kaliumacetat, bevorzugt eingesetzt. Alle weiteren dem Fachmann bekannten
Komponenten und/oder Promotoren zur Erhöhung der Katalysatoraktivität und/oder
Katalysatorselektivität
sind ebenfalls möglich.
-
Im
folgenden wird der Beschichtungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der Herstellung von Trägerkatalysatoren
am Beispiel des Systems Pd/Alkali/Au detaillierter beschrieben.
-
Formkörper, insbesondere
in der Form von Hohlzylindern (Ringextrudate) werden gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung mit einer Palladium und/oder Gold enthaltenden Lösung imprägniert.
Gleichzeitig mit der oder den edelmetallhaltigen Lösungen oder
in beliebiger Reihenfolge nacheinander können die eingesetzten Trägermaterialien
mit einer basischen Lösung,
welche eine oder mehrere basische Verbindungen enthalten kann, imprägniert werden.
Die basische Verbindung oder Verbindungen dienen zur Überführung der Palladiumverbindung
und Goldverbindung in ihre Hydroxide.
-
Die
Aufbringung verschiedener Edelmetallverbindungen kann in einem Schritt
oder in mehreren Schritten nacheinander erfolgen. Zwischen diesen
Schritten kann auch eine Zwischentrocknung und/oder Calcinierung
und/oder ein oder mehrere Reduktionsschritte erfolgen.
-
Alternativ
zur Zugabe einer Base nach Aufbringung der edelmetallhaltigen Lösung oder
Lösungen, kann
die Basenzugabe auch gleichzeitig mit der oder den edelmetallhaltigen
Lösungen
erfolgen.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
kann der Formkörper
erst mit einer oder mehreren basischen Verbindungen belegt werden,
bevor die Zugabe einer oder mehrerer edelmetallhaltiger Lösungen erfolgt.
-
Zwischen
der Aufbringung einer oder mehrerer basischen Verbindungen und der
Aufbringung der Edelmetalle kann ein Zwischentrocknungsschritt erfolgen.
-
Die
Verbindungen in der basischen Lösung
können
aus Alkalihydroxiden, Alkalibicarbonaten, Alkalicarbonaten, Alkalisilikaten
oder Mischungen dieser Stoffe bestehen. Bevorzugt werden Kaliumhydroxid,
Natriumhydroxid und/oder Natriummetasilikat verwendet.
-
Zur
Herstellung der edelmetallhaltigen Lösung können als Palladiumsalze, beispielsweise
Palladiumchlorid, Natriumbeziehungsweise Kaliumpalladiumchlorid,
Palladiumacetat oder Palladiumnitrat verwendet werden. Als Goldsalze
eignen sich Gold(III)-chlorid und Tetrachlorogold(III)-säure. Vorzugsweise
können
Kaliumpalladiumchlorid, Natriumpalladiumchlorid und/oder Tetrachlorogoldsäure eingesetzt
werden.
-
Das
Imprägnieren
des Katalysatorträgers
mit der basischen Lösung
beeinflusst die Abscheidung der Edelmetalle auf dem Katalysatorträger. Die
basische Lösung
kann entweder vor, gleichzeitig mit der Edelmetalllösung oder
nach Aufbringung des oder der Edelmetallsalze mit dieser Lösung in
Kontakt gebracht werden. Bei aufeinander folgender Imprägnierung
des Katalysatorträgers
mit den beiden Lösungen
kann nach dem ersten Imprägnierschritt
eine Zwischentrocknung und/oder eine Reduktion und/oder eine Calcinierung
vorgenommen werden.
-
Die
Schalendicke kann durch die Menge der auf das Trägermaterial aufgebrachten basischen
Verbindung relativ zur gewünschten
Menge der Edelmetalle beeinflusst werden. Je höher dieses Verhältnis ist,
desto geringer wird die Dicke der sich ausbildenden Schale. Das
für eine
gewünschte
Schalendicke erforderliche Mengenverhältnis von basischer Verbindung
zu den Edelmetallverbindungen kann von der Beschaffenheit des Trägermaterials
sowie von der gewählten
basischen Verbindung und den Edelmetallverbindungen abhängen. Das
erforderliche Mengenverhältnis
wird zweckmäßigerweise
durch wenige Vorversuche ermittelt. Die sich ergebende Schalendicke
kann dabei in einfacher Weise durch Aufschneiden der Katalysatorteilchen
ermittelt werden.
-
Die
minimal notwendige Menge der basischen Verbindung oder Verbindungen
ergibt sich aus der stöchiometrisch
berechneten Menge an Hydroxidionen, die zur Überführung des Palladiums und des
Golds in die Hydroxide benötigt
werden. Als Richtwert gilt, dass die basische Verbindung für eine Schalendicke
von bis zu 1,0 mm in einem 1 bis 10fachen stöchiometrischen Überschuss
angewandt werden sollte.
-
Katalysatorträger können nach
dem Verfahren der Porenvolumenimprägnierung mit den Edelmetallsalzen
und den basischen Verbindungen belegt werden. Wird mit Zwischentrocknung
gearbeitet, wählt
man die Volumina der beiden Lösungen
so, dass sie jeweils 90 bis 100% der Aufnahmekapazität der Katalysatorträger entsprechen.
Wird auf die Zwischentrocknung verzichtet, so muss die Summe der
Einzelvolumina der beiden Imprägnierlösungen der
obigen Bedingungen entsprechen, wobei die Einzelvolumina im Verhältnis von 1:9
bis 9:1 zu einander stehen können.
Bevorzugt wird ein Volumenverhältnis
von 3:7 bis 7:3, insbesondere 1:1, angewendet. Als Lösungsmittel
kann in beiden Fallen bevorzugt Wasser verwendet werden. Es können aber
auch geeignete organische oder wässrig-organische
Lösungsmittel
eingesetzt werden.
-
Die
Umsetzung der Edelmetallsalzlösung
mit der basischen Lösung
zu unlöslichen
Edelmetallverbindungen kann langsam erfolgen und ist je nach Präparationsmethode
im allgemeinen erst nach 1 bis 24 Stunden abgeschlossen. Danach
werden die wasserunlöslichen
Edelmetallverbindungen mit Reduktionsmitteln behandelt. Es kann
eine Nassreduktion, zum Beispiel mit wässrigem Hydrazinhydrat oder
Formaldehyd, oder eine Gasphasenreduktion beispielsweise mit Wasserstoff,
Ethen oder Formiergas vorgenommen werden. Die Reduktion kann bei
Normaltemperatur oder erhöhter
Temperatur und bei Normaldruck oder erhöhtem Druck, gegebenenfalls
auch unter Zusatz von Inertgasen, wie zum Beispiel Stickstoff, erfolgen.
-
Vor
und/oder nach der Reduktion der Edelmetallverbindungen kann das
auf dem Träger
gegebenenfalls vorhandene Chlorid durch eine gründliche Waschung entfernt werden.
Die Waschung des Katalysators erfolgt mit Wasser, besonders bevorzugt
mit einer basischen wässrigen
Lösung
(pH-Wert > 7), ganz
besonders bevorzugt mit einer Lösung
mit einem pH-Wert von 8–12.
Nach der Waschung enthält
der Katalysator bevorzugt weniger als 500 ppm Chlorid, besonders
bevorzugt weniger als 200 ppm Chlorid.
-
Die
nach der Reduktion erhaltene Katalysatorvorstufe kann getrocknet
und abschließend
mit Alkaliacetaten oder Alkaliverbindungen, die sich unter den Reaktionsbedingungen
bei der Produktion von Vinylacetatmonomer ganz oder teilweise in
Alkaliacetate umwandeln, imprägniert
werden. Vorzugsweise kann mit Kaliumacetat imprägniert werden. Hierbei kann
wieder bevorzugt die Porenvolumenimprägnierung angewandt werden.
Das heißt:
Die benötigte
Menge an Kaliumacetat wird in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, dessen
Volumen etwa der Aufnahmekapazität
des vorgelegten Trägermaterials
für das
gesamte Lösungsmittel entspricht,
gelöst.
Dieses Volumen ist etwa gleich dem Gesamtporenvolumen des Trägermaterials.
-
Der
fertige Katalysator kann anschließend bis auf eine Restfeuchte
von weniger als 5% getrocknet werden. Die Trocknung kann an Luft,
gegebenenfalls unter Stickstoff, als Inertgas erfolgen.
-
Im
folgenden wird der Beschichtungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der Herstellung von Trägerkatalysatoren
am Beispiel der Systeme Pd/Alkali/Ba und Pd/Alkali/Cd detaillierter
beschrieben.
-
Bei
der Herstellung von Pd/Alkali/Ba und Pd/Alkali/Cd-Katalysatoren können die
Metallsalze durch bekannte Verfahren, wie Tränken, Aufsprühen, Aufdampfen,
Tauchen oder Ausfällen
aufgebracht werden. Die detaillierte Herstellung von Trägerkatalysatoren
der Systeme Pd/Alkali/Cd beziehungsweise Pd/Alkali/Ba auf geeigneten
Trägermaterialien
kann aus
US 4,093,559 (Pd/Cd)
und
EP 565952 (Pd/Ba
ohne Ultraschallverstäubung)
entnommen werden (incorporated by reference).
-
Für die Synthese
von Vinylacetatmonomer ist es zweckmäßig, den Katalysator mit 0,1
bis 5,0 Gew.-% Palladium und 0,2 bis 3,5 Gew.-% Gold oder 0,1 bis
3,5 Gew.-% Cadmium oder 0,1 bis 3,5 Gew.-% Barium und 0,5 bis 15
Gew.-% Kalium, jeweils bezogen auf das Gewicht des eingesetzten
Trägers,
zu belegen. Die Beladungen können
je nach eingesetztem Katalysatorsystem (Pd/Au-System, Pd/Cd-System
oder Pd/Ba-System), variieren. Im Fall von Katalysatorträgern mit
einer Schüttdichte
von beispielsweise 500 g/l entsprechen die Konzentrationsangaben
volumenbezogenen Konzentrationen von 0,5 bis 25 g/l Palladium und
1,0 bis 17,5 g/l Gold oder 0,5 bis 17,5 g/l Cadmium oder 0,5 bis
17,5 g/l Barium und 2,5 bis 75 g/l Kalium.
-
Die
Katalysatorbeladungen betragen im einzelnen:
Der Palladium-Gehalt
der Pd/Alkali/Au-Katalysatoren beträgt 0,2 bis 3,5 Gew.-%, bevorzugt
0,3 bis 3,0 Gew.-%.
Der Gold-Gehalt der Pd/Alkali/Au-Katalysatoren
beträgt
0,2 bis 3,5 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 3,0 Gew.-%.
Der Kalium-Gehalt
der Pd/Alkali/Au-Katalysatoren beträgt 0,5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise
1,0 bis 12 Gew.-%.
Der Palladium-Gehalt der Pd/Alkali/Cd beziehungsweise
Pd/Alkali/Ba-Katalysatoren beträgt
0,1 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 4,5 Gew.-%.
Der Cadmium-Gehalt
der Pd/Alkali/Cd-Katalysatoren beträgt 0,1 bis 3,5 Gew.-%, vorzugsweise
0,2 bis 3,0 Gew.-%.
Der Barium-Gehalt der Pd/Alkali/Ba-Katalysatoren
beträgt
0,1 bis 3,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 3,0 Gew.-%. Der Ba-Gehalt
liegt dabei vorzugsweise im gleichen Bereich wie der Cd-Gehalt bei
Cd-Systemen.
Der Kalium-Gehalt der Pd/Alkali/Cd- bzw. Pd/Alkali/Ba-Katalysatoren beträgt 0,3 bis
10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 9 Gew.-%.
-
Zur
Anfertigung der Imprägnierlösungen können die
entsprechenden Mengen der Palladium- und Goldverbindungen in einem
Volumen Wasser, welches etwa 10 bis 100 der Wasseraufnahmekapazität des vorgelegten
Trägermaterials
entspricht, gelöst
werden. Ebenso kann bei der Anfertigung der basischen Lösung verfahren
werden.
-
Die
erfindungsgemäßen Formkörper zeigen,
beziehungsweise ermöglichen
niedrige Druckverluste, niedrige Schüttdichten, große äußere Oberflächen pro
Einheitsvolumen eines Reaktionsgefäßes, einen guten Stoff- und
Wärmetransport
und insbesondere im Vergleich zu bekannten Hohlzylindern und anderen
Trägerformen,
wie beispielsweise auch wabenförmigen
Trägermaterialien,
eine deutlich erhöhte
Bruch- und Abriebsfestigkeit.
-
Durch
den Einsatz von hoch-oberflächigen
Trägermaterialien
können
bei den erfindungsgemäßen Katalysatoren
bei gleicher Edelmetallmenge die katalytisch aktiven Edelmetallzentren
weiter von einander entfernt werden (höhere Langzeitstabilität bei gleicher
Aktivität)
bzw. bei gleichen Abständen
höhere
Edelmetallbeladungen erreicht werden (höhere Aktivität bei gleicher
Langzeitstabilität
erreichbar). Da jedoch eine zu hohe Konzentration an katalytisch
aktiven Metallen (Pd/Au oder Pd/Cd oder Pd/Ba) zu Katalysatoren
führt,
die zu hohe Temperaturmaxima erreichen mit entsprechend hoher Bildung
an unerwünschten
Nebenprodukten, muss die Katalysatorzusammensetzung an das Trägermaterial
angepasst und mit der Reaktorgeometrie (Wärmeabführung) ausbalanciert sein.
-
Die
erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren
können
zur Herstellung ungesättigter
Ester aus Olefinen, organischen Säuren und Sauerstoff in der
Gasphase verwendet werden. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren
für die
Produktion von Vinylacetatmonomer verwendet werden. Dazu werden Ethen,
Essigsäure
und molekularer Sauerstoff beziehungsweise Luft in der Gasphase,
gegebenenfalls unter Zusatz von Inertgasen, bei Temperaturen von
100 und 250°C
und bei normalem oder erhöhtem
Druck, zum Beispiel 1 bis 25 bar, in Gegenwart des erfindungsgemäßen Trägerkatalysators
zur Reaktion gebracht. Typischerweise werden Raumgeschwindigkeiten
in Bezug auf die Gasphase von 1000 bis 5000 Normliter Gasgemisch
pro Liter Katalysator und pro Stunde realisiert.
-
Bei
dem Verfahren zur Herstellung von Vinylacetatmonomer wird der Katalystor
erst langsam mit den Reaktanden belastet. Während dieser Anfahrphase erhöht sich
die Aktivität
des Katalysators und erreicht gewöhnlich erst nach Tagen oder
Wochen ihr endgültiges
Niveau. Die erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren erreichen
auf Grund einer gesteigerten Aktivität und/oder einer verbesserten
Selektivität
eine deutlich verbesserte Produktausbeute.
-
Die
erfindungsgemäßen Katalysatoren
können
auch zur Acetoxylierung von Olefinen, wie beispielsweise Propen,
eingesetzt werden.
-
In
den folgenden Beispielen wird die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren auf
Basis von Hohlzylindern (Ringextrudaten) erläutert. Insbesondere wird hierbei
auf Ringextrudate auf Basis von pyrogen hergestellten Siliziumdioxiden
eingegangen.
-
Die
angegebenen Schüttdichten
werden durch Füllen
eines Rohres mit einem Innendurchmesser von 33 Millimetern bestimmt.
-
Aktivität und Selektivität der Katalysatoren
aus den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen werden über die
Dauer von bis zu 200 Stunden gemessen. Die Katalysatoren werden
in einem Öl
temperierten Strömungsreaktor
(Reaktorlänge
1200 mm, Innendurchmesser 19 mm) bei einem absoluten Druck von 9,5
bar und einer Raumgeschwindigkeit (GHSV) von 3500 Nm3/(m3·h)
mit folgender Gaszusammensetzung geprüft: 60 Vol.-% Ethen, 19,5 Vol.-%
Kohlendioxid, 13 Vol.-% Essigsäure
und 7,5 Vol.-% Sauerstoff. Die Katalysatoren werden im Temperaturbereich
von 130 bis 180°C,
gemessen im Katalysatorbett, untersucht.
-
Die
Reaktionsprodukte werden im Ausgang des Reaktors mittels online
Gaschromatographie analysiert. Als Maß für die Katalysatoraktivität wird die
Raum-Zeit-Ausbeute des Katalysators in Gramm Vinylacetatmonomer
pro Stunde und Liter Katalysator (g(VAM)/lKat·h) bestimmt.
Kohlendioxid, das insbesondere durch die Verbrennung von Ethen gebildet
wird, wird ebenfalls bestimmt und zur Beurteilung der Katalysatorselektivität herangezogen.
-
Zusätzlich zur
Bestimmung der Reaktionsprodukte in der Gasphase werden die flüssigen Reaktionsprodukte
in einem auf 15°C
temperierten Behälter
gesammelt und das erhaltene Kondensat zur Bestimmung der flüssigen Nebenprodukte
(z.B. Ethylacetat) mittels Gaschromatographie analysiert. Die Bildungsraten
der flüssigen
Nebenprodukte werden immer bezogen auf Vinylacetatmonomer angegeben,
z.B. Ethylacetat-Bildungsrate in mg(Ethylacetat)/g(VAM).
-
Die
BET-Oberfläche
wird gemäß DIN 66131
mit Stickstoff bestimmt.
-
Die
Porenverteilung wird mittels Quecksilber-Porosimetrie ermittelt.
Die Bestimmung des Porenvolumens erfolgt nach DIN 66134 (Langmuir,
p/p0 = 0,9995).
-
Die
Festigkeit wird mit Hilfe der Zwick Z 010 Materialprüfmaschine
mit Kraftaufnehmer Nennkraft 1 kN, Typ II bestimmt.
-
Beispiele:
-
Beispiel 1: (Trägerherstellung durch Vermahlung
und zusätzlichem
Metalloxid)
-
10
Kilogramm pyrogene Kieselsäure
(WACKER HDK® T40)
werden in 40 Kilogramm entionisiertem Wasser eingerührt, im
Kreislauf geführt
und für
eine Dauer von 2 Stunden in einer Rührwerkskugelmühle mit Mahlperlen
aus Siliciumnitrid (Durchmesser der Mahlperlen 2,0 mm, Füllgrad 70
Vol.-%) vermahlen. Die Winkelgeschwindigkeit während des Mahlschrittes beträgt 11 Meter
pro Sekunde. Nach Abschluss der Mahlung werden 5 Kilogramm pulverförmige pyrogene
Kieselsäure
(WACKER HDK® T40)
in die Dispersion eingerührt bis
eine pastöse,
gelartige Masse entsteht. Diese Masse wird in einer Kolbenstrangpresse
durch ein geeignetes Werkzeug zu den gewünschten Formen verstrangt und
optional auf die gewünschte
Länge des
Formkörpers
geschnitten. Die erhaltenen Formkörper – in diesem Fall Ringe mit
einer Länge
von 5,5 mm, einem Außendurchmesser
von 5,5 mm und einer Bohrung von 2,5 mm – werden 24 Stunden lang getrocknet
bei einer Temperatur von 85°C
und einer Luftfeuchtigkeit von 75% und anschließend für eine Dauer von 8 Stunden
bei 900°C
kalziniert. Die erfindungsgemäßen Ringträgerkörper weisen
eine Oberfläche
(BET-Oberfläche)
von 290 m2/g und ein Porenvolumen von 1,2
ml/g auf. Die mechanische Festigkeit der Ringe in Querrichtung beträgt 10 N.
Die Schüttdichte
beträgt
320 Gramm pro Liter.
-
Beispiel 2: (Trägerherstellung durch Vermahlung
und pH-Wert Einstellung)
-
4
Kilogramm pyrogene Kieselsäure
(WACKER HDK® T40)
werden in 35 Kilogramm entionisiertem Wasser eingerührt. Durch
Zugabe von Salzsäure
wird ein pH-Wert von 2,8 eingestellt und konstant gehalten. Unter
ständigem
Rühren
werden weitere 4,5 Kilogramm pyrogener Kieselsäure (WACKER HDK® T40)
eingerührt.
Nach abgeschlossener Zugabe des Metalloxid-Pulvers wird für eine Dauer
von weiteren 10 Minuten homogenisiert, bevor die Suspension für eine Dauer
von 45 Minuten in einer Rührwerkskugelmühle mit
Mahlperlen aus Siliciumnitrid (Durchmesser der Mahlperlen 2,0 mm,
Füllgrad
70 Vol.-%) unter pH-Konstanz bei einem pH-Wert von 2,8 durch Zugabe
weiterer Salzsäure
vermahlen wird. Die Winkelgeschwindigkeit während des Mahlschrittes beträgt 11 Meter
pro Sekunde. Nach Abschluss der Mahlung wird der Suspension unter
ständigem
Rühren
eine wässrige
Ammoniaklösung
zugegeben, bis sich ein pH-Wert von 6,2 ergibt und an diesem Punkt
eine Vergelung der Masse erfolgt. Die erhaltene Masse wird in einer
Kolbenstrangpresse durch ein geeignetes Werkzeug zu den gewünschten
Formen verstrangt und optional auf die gewünschte Länge des Formkörpers geschnitten.
Die erhaltenen Formkörper – in diesem
Fall Ringe mit einer Länge
von 5,5 mm, einem Außendurchmesser
von 5,5 mm und einer Bohrung von 2,5 mm – werden 24 Stunden lang getrocknet
bei einer Temperatur von 85°C
und einer Luftfeuchtigkeit von 70% und anschließend für eine Dauer von 2 Stunden
bei 900°C
kalziniert. Die erfindungsgemäßen Ringträgerkörper weisen
eine Oberfläche
(BET-Oberfläche)
von 260 m2/g und ein Porenvolumen von 1,1
ml/g auf. Die mechanische Festigkeit der Ringe in Querrichtung beträgt 10 N.
Die Schüttdichte
beträgt
280 Gramm pro Liter.
-
Beispiel 3: (Trägerherstellung ohne Vermahlung
und pH-Wert Einstellung)
-
In
einem 4 Liter Kunststoffbecher werden 1155 g bidest. H2O
vorgelegt. Mit einer kunststoffbeschichteten Dissolverscheibe werden
345 g pyrogenes Siliziumdioxid (WACKER HDK® T40)
mit 1000 U/Min. eingerührt.
Anschließend
wird bei 8000 U/Min. 30 Min. nachgerührt. Der Schlicker wird in
einen Planetenmischer mit 2 kunststoffbeschichteten Balkenrührern überführt. Bei
100 U/Min. werden 7,5 g 1%-ige (Gew.-%) wässrige Ammoniaklösung tropfenweise
dazugegeben. Nach erfolgter Zugabe wird noch 10 Min. nachgerührt. Dann wird
die Mischung in eine Kolbenstrangpresse eingebracht. Parallel werden
Rheologie und pH-Wert von einer Stichprobe gemessen: G' = 200000, G'' = 25000, pH = 6,1.
-
Die
Masse wird in einer Kolbenstrangpresse durch ein geeignetes Werkzeug
zu den gewünschten
Formen verstrangt und auf die gewünschte Länge des Formkörpers geschnitten.
Die erhaltenen Formkörper – in diesem
Fall Ringe mit einer Länge
von 6 mm, einem Außendurchmesser
von 6 mm und einer Bohrung von 3 mm – werden 24 Stunden lang getrocknet
bei einer Temperatur von 85°C
und einer Luftfeuchtigkeit von 70%. Die erfindungsgemäßen Ringträgerkörper weisen
eine Oberfläche
(BET-Oberfläche)
von 350 m2/g und ein Porenvolumen von 1,1
ml/g auf. Die mechanische Festigkeit der Ringe beträgt 17 N.
Die Schüttdichte
beträgt
340 Gramm pro Liter. Die so hergestellten Formkörper weisen folgende Verunreinigungen
auf (alle Angaben in ppm): Cu (0,03), Fe (2), Ti (0,05), Al (0,3),
Ca (0,4), Mg (0,3), Na (0,3), K (0,2), Ni (0,5), Cr (0,03), P (0,06),
C nicht nachweisbar und S nicht nachweisbar.
-
Beispiel 4:
-
500
Gramm eines SiO2-Trägermaterials aus Beispiel 1
werden mit 600 Millilitern einer wässrigen Lösung imprägniert, die 27,60 Gramm einer
41,8%igen (Gew.-%) Lösung
von Tetrachlorogoldsäure
und 42,20 Gramm einer 20,8%igen (Gew.-%) Lösung von Tetrachloropalladiumsäure enthält. Nach
einer Dauer von 2 Stunden wird in einem nächsten Schritt der Katalysator
bei einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Anschließend werden
236 Milliliter einer 1-molaren Natriumcarbonatlösung zusammen mit 364 Millilitern
destilliertem Wasser aufgebracht. Nach einer Dauer von 2 Stunden
wird der Katalysator bei einer Temperatur von 80°C für eine Dauer von 5 Stunden
im Vakuum getrocknet. Anschließend wird
der Katalysator mit einer wässrigen
Ammoniaklösung
mit einem Anteil von 0,25 Gew.-% Ammoniak für eine Dauer von 45 Stunden
gewaschen. Der Katalysator wird bei einer Temperatur von 200°C für eine Dauer von
5 Stunden mit Formiergas (95% N2/5% H2) reduziert. Anschließend wird der Katalysator mit
einer Essigsäure-haltigen
Kaliumacetat-Lösung
imprägniert
(71,65 Gramm Kaliumacetat in 600 Millilitern Essigsäure) und abschließend bei
einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator
weist eine Konzentration von 1,6 Gew.-% Palladium (5,1 g/l), 2,1
Gew.-% Gold (6,7 g/l) und 5,2 Gew.-% Kalium (16,6 g/l) auf.
-
Mit
diesem erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 800 g(VAM)/lKat·h (156 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten
von 90,5% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate beträgt 0,35
Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Beispiel 5:
-
500
Gramm eines SiO2-Trägermaterials aus Beispiel 1
werden analog Beispiel 4 präpariert,
jedoch werden die Konzentrationen der Imprägnierlösungen so gewählt, dass
der fertige Katalysator eine Konzentration von 2,0 Gew.-% Palladium
(6,4 g/l), 2,0 Gew.-% Gold (6,4 g/l) und 6,5 Gew.-% Kalium (20,8
g/l) aufweist.
-
Mit
diesem erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 930 g(VAM)/lKat·h (145 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten
von 92,5% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate beträgt 0,35
Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Beispiel 6:
-
80
Gramm eines SiO2-Trägermaterials aus Beispiel 2
werden mit 88 Millilitern einer wässrigen Lösung imprägniert, die 4,43 Gramm einer
41,6%igen (Gew.-%) Lösung
von Tetrachlorogoldsäure
und 7,03 Gramm einer 20,0%igen (Gew.-%) Lösung von Tetrachloropalladiumsäure enthält. Nach
einer Dauer von 2 Stunden wird in einem nächsten Schritt der Katalysator
bei einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Anschließend werden
37,8 Milliliter einer 1-molaren Natriumcarbonatlösung zusammen mit 50 Millilitern
destilliertem Wasser aufgebracht. Nach einer Dauer von 2 Stunden
wird der Katalysator bei einer Temperatur von 80°C für eine Dauer von 5 Stunden
im Vakuum getrocknet. Anschließend
wird der Katalysator mit einer wässrigen
Ammoniaklösung
mit einem Anteil von 0,25 Gew.-% Ammoniak für eine Dauer von 30 Stunden
gewaschen. Der Katalysator wird bei einer Temperatur von 200°C für eine Dauer
von 5 Stunden mit Formiergas (95% N2/5%
H2) reduziert. Anschließend wird der Katalysator mit
einer Essigsäure-haltigen
Kaliumacetat-Lösung
imprägniert (11,46
Gramm Kaliumacetat in 88 Millilitern Essigsäure) und abschließend bei einer
Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator
weist eine Konzentration von 1,6 Gew.-% Palladium (4,5 g/l), 2,1
Gew.-% Gold (5,9 g/l) und 5,2 Gew.-% Kalium (14,6 g/l) auf. Mit
diesem erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 750 g(VAM)/lKat·h (167 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten
von 90,5% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate beträgt 0,55
Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Beispiel 7:
-
80
Gramm eines SiO2-Trägermaterials aus Beispiel 3
werden mit 88 Millilitern einer wässrigen Lösung imprägniert, die 5,14 Gramm einer
41,6%igen (Gew.-%) Lösung
von Tetrachlorogoldsäure
und 8,47 Gramm einer 20,0%igen (Gew.-%) Lösung von Tetrachloropalladiumsäure enthält. Nach
einer Dauer von 2 Stunden wird in einem nächsten Schritt der Katalysator
bei einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Anschließend werden
44,5 Milliliter einer 1-molaren
Natriumcarbonatlösung
zusammen mit 43,5 Millilitern destilliertem Wasser aufgebracht.
Nach einer Dauer von 2 Stunden wird der Katalysator bei einer Temperatur
von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Anschließend wird
der Katalysator mit einer wässrigen
Ammoniaklösung
mit einem Anteil von 0,25 Gew.-% Ammoniak für eine Dauer von 30 Stunden
gewaschen. Der Katalysator wird bei einer Temperatur von 200°C für eine Dauer
von 5 Stunden mit Formiergas (95% N2/5%
H2) reduziert. Anschließend wird der Katalysator mit
einer Essigsäure-haltigen
Kaliumacetat-Lösung
imprägniert
(13,43 Gramm Kaliumacetat in 88 Millilitern Essigsäure) und
abschließend
bei einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator
weist eine Konzentration von 1,9 Gew.-% Palladium (6,5 g/l), 2,4
Gew.-% Gold (8,2 g/l) und 6,0 Gew.-% Kalium (20,4 g/l) auf. Mit
diesem erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 800 g(VAM)/lKat·h (124 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten
von 90,2% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate beträgt 0,45
Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Vergleichsbeispiel 1:
-
60
Gramm von kugelförmigen
Trägermaterialien
mit einem Durchmesser von 6 Millimetern auf Bentonitbasis (KA-120,
der Fa. Süd
Chemie; Schüttdichte
540 Gramm/Liter) werden mit 36 Millilitern einer wässrigen Lösung imprägniert,
die 0,80 Gramm Goldchlorid und 2,0 Gramm Palladiumacetat enthält. Nach
einer Dauer von 2 Stunden wird in einem nächsten Schritt der Katalysator
bei einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 4 Stunden im Vakuum getrocknet. Anschließend werden
28,2 Milliliter einer 1-molaren Kaliumcarbonatlösung zusammen mit 8 Millilitern
destilliertem Wasser aufgebracht. Nach einer Dauer von 2 Stunden
wird der Katalysator bei einer Temperatur von 80°C für eine Dauer von 5 Stunden
im Vakuum getrocknet. Anschließend wird
der Katalysator mit einer wässrigen
Ammoniaklösung
mit einem Anteil von 0,25 Gew.-% Ammoniak für eine Dauer von 60 Stunden
gewaschen. Der Katalysator wird bei einer Temperatur von 200°C für eine Dauer von
5 Stunden mit Formiergas (95% N2/5% H2) reduziert. Anschließend wird der Katalysator mit
einer Essigsäure-haltigen
Kaliumacetat-Lösung
imprägniert
(3,30 Gramm Kaliumacetat in 36 Millilitern Essigsäure) und abschließend bei
einer Temperatur von 80°C
für eine
Dauer von 4 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator
weist eine Konzentration von 1,5 Gew.-% Palladium (8,1 g/l), 0,7
Gew.-% Gold (3,8 g/l) und 2,1 Gew.-% Kalium (11,3 g/l) auf.
-
Mit
diesem nicht erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 680 g(VAM)lKat·h (84 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten von 89,0%
erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate
beträgt
1,90 Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Beispiel 8: (Pd/Cd-System)
-
100
Gramm eines SiO2-Trägermaterials aus Beispiel 1
werden mit 120 Millilitern einer Essigsäure-haltigen Lösung imprägniert, die
5,17 Gramm Cadmiumacetat, 6,02 Gramm Kaliumacetat, 8,74 Gramm Palladiumacetat
und 1,33 Gramm Manganacetat enthält.
Nach einer Dauer von 2 Stunden wird der Katalysator bei einer Temperatur
von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator
weist eine Konzentration von 3,8 Gew.-% Palladium (12,2 g/l), 2,0
Gew.-% Cadmium (6,4 g/l), 2,2 Gew.-% Kalium (7,0 g/l) und 0,25 Gew.-%
Mangan (0,8 g/l) auf.
-
Mit
diesem erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 900 g(VAM)lKat·h (74 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten
von 92,8% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate beträgt 0,70
Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-
Vergleichsbeispiel 2: (Pd/Cd-System)
-
100
Gramm von kugelförmigen
Trägermaterialien
mit einem Durchmesser von 6 Millimetern auf Bentonitbasis (KA-120,
der Fa. Süd
Chemie; Schüttdichte
540 Gramm/Liter) werden mit 60 Millilitern einer essigsäure-haltigen
Lösung
imprägniert,
die 4,55 Gramm Cadmiumacetat, 5,34 Gramm Kaliumacetat, 5,17 Gramm Palladiumacetat
und 0,36 Gramm Manganacetat enthält.
Nach einer Dauer von 2 Stunden wird der Katalysator bei einer Temperatur
von 80°C
für eine
Dauer von 5 Stunden im Vakuum getrocknet. Der fertige Katalysator weist
eine Konzentration von 2,3 Gew.-% Palladium (12,4 g/l), 1,8 Gew.-%
Cadmium (9,7 g/l), 2,0 Gew.-% Kalium (10,8 g/l) und 0,07 Gew.-%
Mangan (0,4 g/l) auf. Mit diesem nicht erfindungsgemäßen Katalysator
lassen sich beim Test im Reaktor unter oben beschriebenen Bedingungen
Aktivitäten
von 560 g(VAM)lKat·h (45 g(VAM)/gPd·h) bei
Ethen-Selektivitäten von
92,8% erreichen. Die Ethylacetat-Bildungsrate
beträgt
1,30 Gramm Ethylacetat pro gebildetem Kilogramm Vinylacetat.
-