PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10319439A1 18.11.2004
Titel Aktivierte Metathesekatalysatoren
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Schubert, Markus, Dr., 67063 Ludwigshafen, DE;
Hesse, Michael, Dr., 67549 Worms, DE;
Stephan, Jürgen, Dr., 68163 Mannheim, DE;
Böhm, Volker, Dr., 67105 Schifferstadt, DE;
Brodhagen, Andreas, Dr., 67125 Dannstadt-Schauernheim, DE;
Poplow, Frank, Dr., 67065 Ludwigshafen, DE;
Sinner-Lang, Martina, 67071 Ludwigshafen, DE;
Diehlmann, Uwe, 67454 Haßloch, DE;
Cox, Gerhard, Dr., 67098 Bad Dürkheim, DE;
Pfeifer, Jochen, 76831 Ilbesheim, DE
DE-Anmeldedatum 30.04.2003
DE-Aktenzeichen 10319439
Offenlegungstag 18.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.11.2004
IPC-Hauptklasse B01J 37/08
IPC-Nebenklasse B01J 23/30   
Zusammenfassung Verfahren zur Herstellung von Trägerkatalysatoren (Katalysator K), umfassend einen Träger (Träger T) und eine Aktivkomponente (Aktivator A), wobei man
a) einen Katalysator-Precursor herstellt, indem man auf einen üblichen Träger einen für die Katalyse von Metathesereaktionen üblichen Aktivator (Aktivator-Precursor) aufbringt (Schritt a),
b) den gemäß Schritt (a) hergestellten Katalysator-Precursor mit einer Kohlenwasserstoffverbindung bei einer Temperatur zwischen -20 und 550°C in Kontakt bringt (Schritt b) und
c) den gemäß Schritt (b) hergestellten Katalysator-Precursor in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von 410 bis 850°C tempert (Schritt c).

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Trägerkatalysatoren (Katalysator K), umfassend einen Träger (Träger T) und eine Aktivkomponente (Aktivator A), wobei man

  • a) einen Katalysator-Precursor herstellt, indem man auf einen üblichen Träger einen für die Katalyse von Metathesereaktionen üblichen Aktivator (Aktivator-Precursor), aufbringt (Schritt a)
  • b) den gemäß Schritt (a) hergestellten Katalysator-Precursor mit einer Kohlenwasserstoffverbindung bei einer Temperatur zwischen –20 und 550°C in Kontakt bringt (Schritt b) und
  • c) den gemäß Schritt (b) hergestellten Katalysator-Precursor in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von 410 bis 850°C tempert (Schritt c).

Weiterhin betrifft die Erfindung Katalysatoren (Katalysatoren K), die nach diesem Verfahren erhältlich sind, sowie Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Verbindungen durch Metathese unter Verwendung eines Katalysators (K)

Die Metathese von ungesättigten Verbindungen ist eine seit langem etablierte Methode, um C-C-Verbindungen aufzubrechen und neu zu knüpfen (z. B. Mol, J. C., Chapt. 4.12.2 „Alkene Metathesis" in „Handbook of Heterogeneous Catalysis", Eds. Ertl, G., Knözinger, H., Weitkamp, J., VCH, Weinheim 1997; Weissermehl, K., Arpe, H.-J., Chapt. 3.4 „Olefin-Metathese" in „Industrielle Organische Chemie", 4. Aufl., VCH, Weinheim 1994).

Für eine heterogen katalysierte Metathese wurden verschiedene Typen von Katalysatoren beschrieben. Für den Temperaturbereich bis zu ca. 120°C ist die Verwendung geträgerter Re2O7- oder Re(CO)10-Katalysatoren üblich (Mol, J. C., Chapt. 4.12.2 „Alkene Metathesis" in „Handbook of Heterogeneous Catalysis", Eds. Ertl, G., Knözinger, H., Weitkamp, J., VCH, Weinheim 1997). Rhenium ist jedoch ein seltenes und relativ teures Element, so daß der Einsatz eines solchen Katalysators oftmals unwirtschaftlich ist. Bei etwas höheren Temperaturen von bis zu 400°C können der Literatur zufolge Katalysatoren auf Basis MoO3, CoO-MoO3, MoS2, Mo(CO)6 oder diverse geträgerte Mo-Komplexe angewandt werden, bei noch höheren Temperaturen von bis zu 540°C auch Systeme auf Basis WO3, WS2, W(CO)6 oder geträgerter W-Komplexe (Mol, J. C., Chapt. 4.12.2 „Alkene Metathesis" in „Handbook of Heterogeneous Catalysis", Eds. Ertl, G., Knözinger, H., Weitkamp, J., VCH, Weinheim 1997; Weissermehl, K., Arpe, H.-J., Chapt. 3.4 „Olefin-Metathese" in „Industrielle Organische Chemie", 4. Aufl., VCH, Weinheim 1994; Heckelsberg, L. F., Banks, R. L., Bailey, G. C., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop. 8 (1969), 259–261). Diese sind zwar sehr preiswert, weisen jedoch generell eine deutlich geringere Aktivität auf und zeigen zudem niedrigere Selektivitäten. Die reduzierten Selektivitäten sind auf die Nebenreaktion der Doppelbindungsisomerisierung zurückzuführen, die an den stark sauren Molybdän- und Wolframverbindungen bei höheren Reaktionstemperaturen parallel zur Metathese abläuft, was zur Bildung unerwünschter Produkte führt.

Um die Nebenreaktion der Doppelbindungsisomerisierung zu unterdrücken, wird in US 3,586,731 der Zusatz von Alkali- oder Erdalkalisalzen zu Silca-geträgerten Oxiden, Sulfiden oder Hexacarbonylen von Wolfram, Molybdän oder Rhenium beschrieben. Dies kann allerdings zu einem beträchtlichen Absinken der Katalysatoraktivität führen.

In US 4,024,201 wird vorgeschlagen, dem Feed für einen geträgerten WO3-Katalysator halogenhaltige Verbindungen oder Amine zuzusetzen. Solche polaren Verbindungen sind jedoch auch gleichzeitig als Katalysatorgifte in der Metathese bekannt, daher ist auch hier eine stark erniedrigte Aktivität zu erwarten.

Erfindungsgemäße Aufgabe war deshalb die Herstellung eines Katalysators mit erhöhter Metatheseaktivität und Selektivität.

Demgemäß wurden die eingangs definierten Verfahren und Katalysatoren gefunden.

Bei den Katalysator-Precursoren, die gemäß Schritt a) hergestellt werden und anschließend gemäß den Schritten b) und c) zu den erfindungsgemäßen Katalysatoren K weiter umgesetzt werden, handelt es sich um die üblicherweise in Metathesereaktionen eingesetzten Trägerkatalysatoren. Solche Katalysatoren sind z.B. beschrieben in „Handbook of Heterogeneous Catalysis", Herausgegeben von G. Ertl, H. Knözinger und J. Weitkamp, Volume 5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, Kapitel 4.12.2, Alkene Metathesis, Seiten 2387 bis 2399.

Als Träger (Träger T) für die Herstellung der Katalysator-Precursoren kommen alle üblicherweise für die Herstellung von Trägerkatalysatoren verwendeten Materialien in Betracht wie Metalloxide, -nitride, -boride, -carbide, -silicate, Aktivkohle, Graphit. Bevorzugt handelt es sich um Verbindungen von Elementen der Hauptgruppen oder der VI. oder II. Nebengruppe sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen. Besonders bevorzugt sind Al2O3, Alumosilicate, Ga2O3, SiO2, GeO2, TiO2, ZrO2, SnO2 und Mischungen der vorgenannten Verbindungen. Geeignete Träger weisen typischerweise ein spezifische Oberfläche von 10–500 m2/g, bevorzugt 100–400 m2/g auf. Das bevorzugte Porenvolumen (bestimmt mittels Quecksilberporsosimetrie) liegt zwischen 0.3 und 1,3 ml/g. Die bevorzugte Wasseraufnahme beträgt 0,5 bis 1,5 ml/g. Bei dem Träger handelt es sich üblicherweise um Formkörper wie Kugeln, Splitt, Stränge oder Tabletten. Der Träger kann gegebenenfalls mit Säuren vorbehandelt sein.

Die in Schritt a) auf den Träger (T) aufgebrachten Aktivkomponenten (Aktivator-Precursoren) umfassen die üblicherweise verwendeten Verbindungen sowie Mischungen hiervon. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Verbindungen der Metalle der V., VI. oder VII. Nebengruppe, insbesondere Verbindungen des Rheniums, Wolframs oder Molybdäns. In Betracht kommen dabei die Sulfide, Oxide, Nitride, Carbide, Oxycarbide, Carbonyle, organische Komplexe, Halogenide, Säuren, Polysäuren, Heteropolysäuren und Salze der Säuren, Polysäuren und Heteropolysäuren. Solche Salze sind bevorzugt Alkali- oder Ammoniumsalze . Als organische Komplexe werden in diesem Zusammenhang beispielsweise Dialkylkomplexe, Acylverbindungen, Acetylacteonate, oder Allylkomplexe verstanden. Besonders bevorzugt ist Molybdänoxid und Wolframoxid. Die Bezeichung Salze schließt auch substöchiometrische Bronzen mit ein. Die Bezeichnung Oxid erstreckt sich hierbei nicht nur auf die stöchiometrischen Verbindungen wie MoO3, WO3, MoO2 und WO2, sondern schließt auch substöchiometrische Phasen des Typs MO3-2 mit ein. Als Träger für Wolfram- oder Molybdänverbindungen kommt ganz besonders bevorzugt SiO2 in Betracht.

Im Allgemeinen geht man bei der Herstellung der als Katalysator-Precursoren dienenden üblichen Katalysatoren mit Oxiden als Aktivator-Precursoren gemäß Schritt a) so vor, dass man den Träger T mit einer Lösung der vorgenannten Verbindungen imprägniert. Im Fall von Wolframoxid dient hierzu z.B. eine Lösung von Ammoniummetawolframat, Wolframsäure oder Wolframpentachlorid. Die imprägnierten Träger werden anschließend meistens mehrere Stunden bei Temperaturen von 100 bis 200°C an der Luft getrocknet. Danach folgt üblicherweise ein Calcinierungsschritt. Hierzu werden die imprägnierten und getrockneten Träger üblicherweise in einer Sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre, z.B. an der Luft, auf Temperaturen von 400 bis 850°C über einen Zeitraum von etwa einer halben Stunde bis 5 Stunden erhitzt. Die derart hergestellten Katalysator-Precursoren können auch noch mit Temperschritten in Inertgas, beispielsweise N2, CO2 oder Edelgase, vorbehandelt werden oder in reduierenden Gasmischungen, die beispielsweis Wasserstoff, CO, Ammoniak oder Hydrazin enthalten, teilweise reduziert werden.

Zur Herstellung der zu den Katalysator-Precursoren zählenden üblichen Trägerkatalysatoren mit Carbiden oder Oxicarbiden als Aktivator-Precursoren geht man üblicherweise von den nach der obigen Methode hergestellten Katalysator-Precursoren aus, die als Aktivkomponenten Oxide tragen. Zur Carbidisierung werden die entsprechenden metalloxidtragenden Katalysator-Precursoren in einem kohlenwasserstoffhaltigen Strom, z.B. einem Methanstrom, in Gegenwart von Wasserstoff im Allgemeinen mehrere Stunden bei Temperaturen von 550 bis 800°C erhitzt. Zur Herstellung der Wolframcarbide werden typischerweise um etwa 50–200°C höhere Temperaturen als zur Herstellung der Molybdäncarbide benötigt. Die Eigenschaften der Carbide werden auch durch das H2/CH4-Verhältnis beeinflusst, ein typischer Wert liegt hier bei 80/20. Die entsprechenden Carbidisierungsmethoden sind bekannt und z.B. in Oyama, S. T., Catal. Today, 15 (1992), 179 beschrieben.

Nach der Carbidisierung müssen diese Katalysator-Precursoren wegen ihrer Luftempfindlichkeit unter Inertgasatmosphäre gelagert werden, oder mit verdünntem Sauerstoff passiviert und dann im Synthesereaktor reaktiviert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Ausbau der frisch hergestellten Carbide unter einer Flüssigkeit, die die Carbidoberfläche vor Luftsauerstoff weitgehend schützt.

Weiterhin eignen sich folgende Verfahren zur Herstellung von Katalysator-Precursoren, die als Aktivator-Precursoren Carbide tragen:

Lee et al. beschreiben in J. Catal. 128, 126 (1991) die Herstellung von Al2O3-geträgerten Molybdäncarbiden durch (i) Reduktion gefolgt von Carbidisierung, (ii) direkte Carbidisierung in CH4/H2 oder (iii) Nitridierung mit NH3 gefolgt von der Carbidisierung.

In Volpe, Boudart, J. Solid State Chem. 59, 332 (1985) und Volpe, Boudart, J. Solid State Chem. 59, 348 (1985) wird die Nitridierung/Carbidisierung von MoO3 und WO3 näher beschrieben.

Die Reduktion von MoO3 auf Kohle-Trägern durch Wasserstoff, die mit einer Carbidisierung durch den Kohleträger ab Temperaturen von 530°C gekoppelt ist, wird etwa in Liang et al., Chem. Mater. 2002, 14, 3148 beschrieben.

Was die Oxicarbide betrifft, die als Aktivator-Precursoren Oxicarbide in Betracht kommen, so sind diese z.B.: in Pham-Huu et al., Appl. Catal. A 132 (1995), 77 beschrieben. Die Herstellung kann entweder aus den Oxiden durch nur teilweise Carbidisierung erfolgen. Die Oxicarbide bilden sich unter geeigneten Bedingungen auch während der Reaktion, wenn vom Oxid ausgegangen wird und dann ein Kohlenwasserstoff/H2-Gemisch über den Katalysator bei erhöhten Temperaturen geleitet wird (etwa: H2/n-Hexan = 150, T = 350°C).

Die Oxicarbide können auch hergestellt werden durch Sauerstoffbehandlung von Carbiden. In Ledoux et al., New Frontiers in Catalysis, 1993, S. 955, Guczi, L. et al (Editors), Elsevier Science Publishers B.V., wird das Carbid bei 350°C erst mit Luft und dann bei derselben Temperatur mit Wasserstoff behandelt.

Gemäß Schritt b) werden die so hergestellten Katalysator-Precursoren mit einer Kohlenwasserstoffverbindung in Kontakt gebracht. Geeignete Kohlenwasserstoffverbindungen sind vor allem Aromaten, Alkane, Cycloalkane, Alkine, Cycloalkine, Olefine oder Cycloolefine mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt sind C3- bis C12-Olefine, ganz besonders Butene und Oktene, wie z.B. 1-Buten und n-Okten-1.

Bei der Behandlung des Katalysator-Precursors mit der Kohlenwasserstoffverbindung kann diese sowohl flüssig als auch gasförmig vorliegen. Die Behandlungsdauer ist unkritisch und beträgt üblicherweise 1 min bis 24 h, bevorzugt 5 min bis 4 h. Die Temperatur während der Behandlung beträgt im Allgemeinen –20 bis 550°C, sie ist jedoch unkritisch. Letzteres gilt auch für den Druck, er beträgt im Allgemeinen 0,5 bis 40 bar.

Der mit der Kohlenwasserstoff vorbehandelte Katalysator-Precursor wird anschließend gemäß Schritt c) in einer Inertgasatmosphäre auf eine Temperatur von 410 bis 850, bevorzugt 500 bis 850°C erhitzt. Geeignete Inertgase sind vor allem Stickstoff, CO2 sowie die Edelgase. Die Behandlung gemäß Schritt c) erfolgt üblicherweise über einen Zeitraum von 5 min bis 100 h, bevorzugt 30 min bis 24 h, wobei der Druck hier wiederum ebenfalls unkritisch ist und üblicherweise 0,5 bis 40 bar beträgt.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren (K) können zusätzlich auch Promotoren enthalten. Hierbei handelt es im Allgemeinen um Cobalt-, Alkali- oder Eralkalimetallverbindungen. Sie werden im Allgemeinen auf den Katalysator aufgebracht, indem man den Tränklösungen zur Herstellung der Katalysator-Precursoren entsprechende Salze, z.B. Nitrate oder Hydroxide beifügt oder die Katalysatoren mit einer entsprechenden Tränklösung nachträglich dotiert und zur Fixierung nochmals calciniert.

Der Anteil des Aktivators (A) am Katalysator (K) beträgt üblicherweise 0,1 bis 30 Gew.-%.

Besonders bevorzugt besteht der Katalysator (K) aus WO3 in tetragonaler Form als Aktivator (A) und SiO2 als Träger (T).

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignen sich insbesondere für die Metathese von ungesättigten Verbindungen, wie Alkenen oder Alkinen. Solche Verfahren sind allgemein bekannt und z.B. in „Industrielle Organische Chemie", Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Erpel, 5. Auflage, Verlag Wiley, VCH, 1998, Kapitel 3.4 und Handbook of Heterogeneous Catalysis", Herausgegeben von G. Ertl, H. Knözinger und J. Weitkamp, Volume 5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, Kapitel 4.12.2, Alkene Metathesis, Seiten 2387 bis 2399, beschrieben. Sie können aber auch zur Metathese von ungesättigten Estern, Nitrilen, Ketonen, Aldehyden, Säuren oder Ethern eigesetzt werden, wie es beispielsweise in Xiaoding, X., Imhoff, P., von den Aardweg, C. N., and Mol, J. C., J. Chem. Soc., Chem. Comm. (1985), p. 273 beschrieben ist. Häufig wird bei der Umsetzung von substituierten Olefinen ein sogenannter Co-Katalysator, beispielsweise Zinn-, Blei- oder Aluminiumalkyle eingesetzt, um die Aktivität zusätzlich zu steigern

Hierbei können die erfindungsgemäßen Katalysatoren (K) auf die gleiche Weise eingesetzt werden, wie die bekannten Metathesekatalysatoren, die gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden und als Katalysator-Precursoren der erfindungsgemäßen Katalysatoren K dienen.

Besonders günstig können die erfindungsgemäßen Katalysatoren in Metatheseverfahren zur Herstellung von Propen durch Metathese einer Mischung, die 2-Buten und Ethylen oder 1-Buten und 2-Butene enthält, sowie von 3-Hexen und Ethylen durch Metathese von 1-Buten eingesetzt werden. Entsprechende Verfahren sind im Detail in DE-A-19813720, EP-A-1134271, WO 02/083609, DE-A-10143160 beschrieben.

Die vorgenannten C4-Ausgangsverbindungen werden üblicherweise in Form eines sogenannten Raffinat II bereitgestellt. Bei dem Raffinat II handelt es sich um C4-Schnitte, die im Allgemeinen einen Gehalt an Butenen von 30 bis 100, bevorzugt 40 bis 98 Gew.-% aufweisen. Neben den Butenen können vor allem noch gesättigte C4-Alkane vorhanden sein. Die Gewinnung solcher Raffinate II ist allgemein bekannt und z.B. in der EP-A-1134271 beschrieben.

Insbesondere kann 1-Buten eingesetzt werden, das durch Abdestillieren einer 1-Buten reichen Fraktion aus Raffinat II, gewonnen wird. Aus der verbleibenden, an 2-Butenen reichen Fraktion kann ebenfalls 1-Buten gewonnen werden, indem man die 2-Buten reiche Fraktion einer Isomerisierungsreaktion unterwirft und anschließend destillativ in eine 1-Buten und eine 2-Buten reiche Fraktion auftrennt. Dieses Verfahren ist in der DE-A-10311139 beschrieben.

Die erfindungsgemäßen rheniumhaltigen Katalysatoren eignen sich insbesondere für Reaktionen in flüssiger Phase, bei Temperaturen von 10 bis 150°C bei einem Druck von 5 bis 100 bar.

Die erfindungsgemäßen wolfram- bzw. molybdänhaltigen Katalysatoren werden im Allgemeinen bei Gasphasenreaktionen eingesetzt. Die Temperatur liegt hier im Allgemeinen bei 150 bis 500°C. Der Druck beträgt im Allgemeinen 5–50 bar.

Experimenteller Teil A. Herstellung der Katalysatoren A.1. Herstellung der Katalysator-Precursoren Beispiel 1: Herstellung von WO3/SiO2-Katalysatoren – Kats A–E

SiO2-Träger wurden jeweils mit wäßriger, verdünnter Ammoniummetawolframatlösung auf Wasseraufnahme getränkt. Danach wurden die Stränge 16 h im Trockenschrank bei 120°C getrocknet. Abschließend wurde der Katalysator am Drehrohrofen unter den angegebenen Bedingungen behandelt und unter trockenem Stickstoff (20 L/h) abgekühlt. Der Katalysator C1 wurde danach zusätzlich mit einer 0,5 M NaOH-Lösung getränkt und nochmals bei den genannten Bedingungen getrocknet und calciniert, wodurch der Na-Gehalt im fertigen Katalysator von 1100 auf 4500 ppm erhöht wurde (= Probe C2). Weitere Details über die Herstellungsbedingungen und die Katalysator-Precursoren selbst sind Tabelle 1 zu entnehmen

Tabelle 1

Beispiel 2: Herstellung des Wolframcarbid-Katalysators – Kat G

Zur Herstellung von Katalysator G wurde in einen von oben nach unten durchströmten Glasreaktor 70 ml des WO3/SiO2-Katalysators A eingefüllt. Der Glasreaktor wurde von außen durch einen elektrischen Ofen beheizt, die Katalysatorschüttung befand sich etwa in der Mitte der Heizzone auf einer Glasfritte. Nach Einbau des Katalysators und Verschließen des Reaktors wurde die Anlage zunächst mit Stickstoff gespült (30 min, 20 L/h). Anschließend wurde ein Gasstrom bestehend aus 3,9 L/h Methan und 15 L/h Wasserstoff über den Katalysator geleitet. Der Reaktor wurde dann innerhalb 180 min auf 750°C erhitzt und 6 h bei 750°C gehalten. Danach wurde innerhalb 1 h auf 500°C abgekühlt und diese Temperatur 2 h gehalten. Dann wurde abgekühlt und der Methan/Wasserstoffstrom durch einen Stickstoffstrom ersetzt. Nach erfolgter Spülung des Reaktors wurde der Reaktorein- und Ausgang verschlossen und der Reaktor aus der Anlage ausgebaut, so daß der Katalysator ohne Kontakt mit Luft in eine Glove-Box transferiert werden konnte. Bei dem weiteren Katalysatorhandling wie etwa dem Einbau des Katalysators in den Reaktor bzw. in die Analysengeräte wurde ebenfalls ein Kontakt mit Luft vermieden.

Ein XRD (X-Ray diffraction) des Ausbaukatalysators nach der Metathese-Reaktion zeigt die Verbindungen WC und W2C, daneben Spuren von metallischem Wolfram. WOx-Verbindungen sind nicht zu erkennen.

Beispiel 3: Herstellung eines MoO3/SiO2-Katalysators – Kat H

SiO2 (BASF D11-10, 1.5 mm Stränge) wurde mit einer wäßrigen, verdünnten Lösung von (NH4)6Mo7O24·4H2O auf Wasseraufnahme getränkt. Danach wurden die Stränge 16 h im Trockenschrank bei 120°C getrocknet. Abschließend wurde der Katalysator am Drehrohrofen bei 593°C in Luft (20 l/h) 1 h lang calciniert und unter trockenem Stickstoff abgekühlt. Der MoO3-Gehalt betrug 11,1 wt.-%.

Beispiel 4: Herstellung eines WO3/SiO2-Katalysators – Kat J

508,2 g SiO2 (Shell X970 CY, 3 mm Stränge) wurden bei 500°C (Luft, 50 L/h) vorgetrocknet. Die abgekühlten Stränge wurden in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Lösung von 70 g WCl6 in 1200 ml Ethanol getränkt. Anschließend wurde der Katalysator im Luftstrom (300 L/h, ca. 30 min) getrocknet und 2 h lang bei 550°C in Luft calciniert (50 L/h). Abschließend wurde der Katalysator noch 2 h unter N2 (50 L/h) bei 850°C getempert. Der WO3-Gehalt betrug 7,3%.

A.2 Aktivierung der Katalysator Precursoren gemäß Schritt b) und c) Beispiel 5: Aktivierung der Katalysatoren (Methoden 0–VII)

Die Katalysatoren wurden, außer bei den Vergleichsmethoden 0 und VII, jeweils zuerst mit einem Kohlenwasserstoff in Kontakt gebracht – entweder direkt im Reaktor oder durch Benetzen mit einer Flüssigkeit vor dem Einbau des Katalysators. Die mit Kohlenwasserstoffen angefeuchteten Katalysatoren wurden, außer in den Vergleichsmethoden 0 und VI, anschließend unter fließendem Stickstoff (30 l/h) auf die angegebene Temperatur für ein angegebenes Zeitintervall aufgeheizt und anschließend unter Stickstoff auf die Reaktionstemperatur abgekühlt. Die Bedingungen sind im Einzelnen in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

In-situ XRD-Messung an Katalysatoren F/0 und F/IV Messung an Katalysator F/0

Katalysator F/0 stellt ein Katalysator des Standes der Technik dar und wurde wie unter Punkt A.1, Beispiel 1 beschrieben hergestellt (Methode 0 gemäß Tablle 2). Der Katalysator F/0 wurde pulverisiert. Die Probe wurde auf einem beheizten Korundteller (Tiefe 0.8 mm) in die XRD-Messkammer eingebracht. Bei dem Messgerät handelt es sich um ein Modell D8 Advance (Fa. Bruker/AXS), ausgerüstet mit einer Heizkamera HTK 1200 der Fa. Paar. Gemessen wurde mit Cu-K&agr;-Strahlung in &thgr;/&thgr;-Geometrie mit primär- und sekundärseitigem Göbelspiegel im Bereich 2&thgr; = 15°–52° mit 6s/step bei ausgewählten Temperaturen.

Bei Raumtemperatur lag bei der Probe jeweils monoklines WO3 und amorphes SiO2 vor (Bild 1). Die Probe wurde unter Luft aufgeheizt. Bei 400, 500 und 600°C war keine Veränderung festzustellen. Erst bei 850°C bildete sich tetragonales WO3. Danach wurde auf 200°C abgekühlt, wobei sich das WO3 wieder in die monokline Phase umlagerte.

Messung an Katalysator F/IV

Der Katalysator F/0 wurde pulverisiert und mit 1-Octen benetzt. Die Probe wurde nun in die oben beschriebene Messapperatur eingebracht und unter Stickstoffatmosphäre aufgeheizt. Bei Bereits bei 400°C bildete sich tetragonales WO3 g (Bild 2). Diese Phase blieb bei 500 und 600°C stabil. Im Gegensatz zu Katalysator 1-F erfolgte auch nach Abkühlen auf 200°C keine Umlagerung in die monokline Phase. Hieraus ist abzuleiten, dass Katalysator F/0 durch das erfindungsgemäße Verfahren irreversibel verändert wurde.

B. Methathesereaktionen Beispiele 6–25:

Ca. 35 g Katalysator wurden in einen elektrisch beheizten Rohrreaktor gefüllt. Am Eingang des Katalysatorbetts wurde die genannte Temperatur eingestellt. Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung der Heizung führte zu einem Anstieg der Temperatur hin zum Ende des Katalysatorbetts (jeweils in Klammern angegeben). Als Feed wurde reines 1-Buten zugefahren. Der Reaktionsdruck war 9,7 bar. Die Analyse des Reaktoraustrags erfolgte on-line mit einem GC. Vor der eigentlichen Messung waren die Katalysatoren nach der jeweils angegebenen Prozedur 0–VI aktiviert worden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von Trägerkatalysatoren (Katalysator K), umfassend einen Träger (Träger T) und eine Aktivkomponente (Aktivator A), wobei man

    a) einen Katalysator-Precursor herstellt, indem man auf einen üblichen Träger einen für die Katalyse von Metathesereaktionen üblichen Aktivator (Aktivator-Precursor), aufbringt (Schritt a)

    b) den gemäß Schritt (a) hergestellten Katalysator-Precursor mit einer Kohlenwasserstoffverbindung bei einer Temperatur zwischen –20 und 550°C in Kontakt bringt (Schritt b) und

    c) den gemäß Schritt (b) hergestellten Katalysator-Precursor in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von 410 bis 850° tempert (Schritt c).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Träger (T) ausgewählt ist aus Oxiden, Phosphaten, Silicaten, Carbiden, Boriden, Nitriden von Hauptgruppenelementen oder Elementen der VI. oder II. Nebengruppe sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen.
  3. Verfahren nach nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Träger (T) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, Alumosilicate, Ga2O3, SiO2, GeO2, TiO2, ZrO2, SnO2 und Mischungen der vorgenannten Verbindungen.
  4. Verfahren nach nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktivator-Precursor Verbindungen umfasst, die Elemente aus der V., VI. und VII. Nebengruppe enthalten.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Verbindungen der V., VI. und VII. Nebengruppe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sulfiden, Oxiden, Nitriden, Carbiden, Oxycarbiden, Carbonylen, organischen Komplexen, Halogeniden, Säuren, Polysäuren, Heteropolysäuren und Sazen der Säuren, Polysäuren und Heteropolysäuren.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktivator-Precursor Verbindungen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Rhenium- Wolfram- und Molybdänverbindungen.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktivator-Precursor Verbindungen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Molybdänoxiden, Wolframcarbiden und Wolframoxiden.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktivator-Precursor Verbindungen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallverbindungen der V., VI. und VII. Nebengruppe und einen Promotor, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cobalt-, Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei man den Schritt (a) ausführt, indem man den Träger (T) mit einer Lösung des Aktivator-Precursors imprägniert und anschließend trocknet und danach ggf. calciniert.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei man in Schritt (b) eine Kohlenwasserstoffverbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C1- bis C20-Alkanen, -Cycloalkanen, -Olefinen, -Cycloolefinen, -Alkinen, -Cycloalkinen, Aromaten und Mischungen der vorgenannten Verbindungen, einsetzt.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei man in Schritt (c) ein Inertgas, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Kohlendioxid und Edelgas oder Mischungen hiervon einsetzt.
  12. Katalysatoren (K), erhältlich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Katalysatoren (K) nach Anspruch 12, enthaltend 0,1 bis 30 Gew.-% WO3 in tetragonaler Form.
  14. Katalysatoren (K) nach Anspruch 13, wobei der Träger T im wesentlichen aus SiO2 besteht.
  15. Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Verbindungen durch Metathese unter Verwendung eines Katalysators (K).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei man 3-Hexen und Ethylen herstellt, indem man 1-Buten bei einer Temperatur von 50 bis 500°C mit einem Katalysator (K) in Kontakt bringt.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei man Propen herstellt, indem man 2-Butene mit Ethylen oder 1-Buten bei einer Temperatur von 50 bis 500°C mit einem Katalysator (K) in Kontakt bringt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com