DE102006022866A1 - Carbon granules, process for their preparation and their use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kohlenstoffgranulat, das aus mikrokristalliner Cellulose pyrolytisch gebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Granulats. Verwendung findet das erfindungsgemäße Granulat insbesondere als Trägerstruktur für Feststoff-Katalysatoren.The invention relates to a carbon granulate which is formed pyrolytically from microcrystalline cellulose. Furthermore, the invention relates to a method for producing this granulate. The granulate according to the invention is used in particular as a carrier structure for solid catalysts.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kohlenstoffgranulat, das aus mikrokristalliner Cellulose pyrolytisch gebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Granulats. Verwendung findet das erfindungsgemäße Granulat insbesondere als Trägerstruktur für Feststoff-Katalysatoren.The The invention relates to a carbon granulate consisting of microcrystalline Cellulose is formed pyrolytically. Furthermore, the invention relates a process for producing these granules. Use finds that Granules according to the invention in particular as a carrier structure for solid catalysts.
Die Leistungsfähigkeit von Feststoff-Katalysatoren wird im Wesentlichen durch zwei Eigenschaften bestimmt: die Aktivität und die Selektivität. Die Aktivität des Katalysators wird dabei durch die katalytisch aktive Oberfläche und die Zugänglichkeit der aktiven Oberfläche bestimmt. Die Selektivität des Katalysators definiert, wie stark die zu katalysierende Reaktion gegenüber konkurrierenden Nebenreaktionen dominiert. Obwohl die Eigenschaften der katalytisch aktiven Oberfläche die Selektivität eines Katalysators bestimmen, kann ebenso die Zugänglichkeit der aktiven Oberfläche entscheidend für die Selektivität sein. So kann die Aufenthaltszeit der Edukte der zu katalysierenden Reaktion als auch der Zwischenprodukte innerhalb des Katalysator-Körpers die Katalyse-Produkte und so die Selektivität stark beeinflussen.The capacity of solid catalysts is essentially characterized by two properties determines: the activity and the selectivity. The activity the catalyst is characterized by the catalytically active surface and the accessibility the active surface certainly. The selectivity the catalyst defines how strong the reaction to be catalyzed across from dominated by competing side reactions. Although the properties the catalytically active surface the selectivity Determining a catalyst can also increase the accessibility of the catalyst active surface crucial for the selectivity be. Thus, the residence time of the educts of the catalyzed Reaction as well as the intermediates within the catalyst body the Catalysis products and so greatly affect the selectivity.
In einem Feststoff-Katalysator ist das katalytisch aktive Material in der Regel fein dispergiert, um eine ausreichend große aktive Oberfläche des Katalysators zu erzielen. Eine hohe Aktivität des festen Katalysators erfordert, dass die katalytisch aktive Substanz nicht zu größeren Partikeln versintert wird, da dies mit einer geringeren Oberfläche einhergeht. Die Stabilität von Feststoff-Katalysatoren wird durch die Widerstandsfähigkeit der kleinen katalytisch aktiven Partikel gegenüber einem Versintern während der Verwendung als Katalysator bestimmt.In a solid catalyst is the catalytically active material usually finely dispersed to a sufficiently large active surface to achieve the catalyst. High activity of the solid catalyst requires that the catalytically active substance does not sinter to larger particles because it involves less surface area. The stability of solid catalysts is through the resilience the small catalytically active particles against sintering during the Use as a catalyst.
Ebenso ist es wichtig, die poröse Struktur und die mechanische Festigkeit der Katalysator-Körper zu kontrollieren. Die poröse Struktur bestimmt die Transporteigenschaften des Katalysators. Die mechanische Festigkeit ist wichtig, da Fragmente des Katalysatorkörpers zu einem verstärkten Druckabfall des Gasflusses durch das Festbett führen können. Im Hinblick auf in einer Flüssigkeit suspendierte Katalysator-Körper ist die mechanische Festigkeit wichtig, da ein Abrieb zur Entstehung von Feinstoffen führt, die schwer von den Reaktionsprodukten durch Filtration oder Zentrifugation zu trennen sind.As well it is important to be porous Structure and mechanical strength of the catalyst body too check. The porous one Structure determines the transport properties of the catalyst. The mechanical strength is important because fragments of the catalyst body too a reinforced one Pressure drop of the gas flow through the fixed bed can lead. In terms of in one liquid suspended catalyst body The mechanical strength is important because abrasion to the emergence of fines that leads heavy from the reaction products by filtration or centrifugation to be separated.
Da es im allgemeinen nicht möglich ist, alle gewünschten Eigenschaften in Bezug auf das katalytisch aktive Material gleichzeitig zu bewerkstelligen, werden diese unterschiedlichen Eigenschaften von Feststoff-Kataly satoren üblicherweise durch Verwendung von Trägerstrukturen zusammen mit den katalytisch aktiven Substanzen erzielt. Die Trägerstruktur bestimmt dabei die Form, Größe und mechanische Festigkeit der Katalysator-Körper genauso wie die poröse Struktur der Oberfläche des Katalysators. Im Allgemeinen ist die Trägerstruktur katalytisch nicht aktiv, stellt aber eine Oberfläche bereit, auf der die katalytisch aktive Substanz fein dispergiert ist.There it is not possible in general is, all you want Properties related to the catalytically active material at the same time to accomplish these different characteristics of solid catalysts usually by using carrier structures achieved together with the catalytically active substances. The support structure determines the shape, size and mechanical strength the catalyst body as well as the porous one Structure of the surface of the catalyst. In general, the support structure is catalytically inactive, but provides a surface ready, on which the catalytically active substance finely dispersed is.
Die am weitesten verbreiteten Katalysator-Trägerstrukturen basieren auf γ-Aluminiumoxid, das durch Dehydrierung von Bayerit oder Gibbsit (Al(OH)3) bzw. Böhmit (AlOOH) hergestellt wird. Trägerstrukturen dieses Typs verbindet jedoch der gemeinsame Nachteil, dass die Rückgewinnung der katalytisch aktiven Substanzen aus dem Katalysator mühsam ist. Die Auflösung des Katalysator-Körpers und die nachfolgende Abtrennung des aufgelösten Materials ist schwierig und erfordert viel Alkalilauge. Eine andere Technik beruht darauf, den Katalysator in einem Vakuumofen bei sehr hohen Temperaturen zu schmelzen. Im Hinblick auf die hierfür erforderliche teure Ausrüstung und den hohen Energieverbrauch ist dies jedoch nur für Edelmetall-Katalysatoren ökonomisch praktikabel.The most widely used catalyst support structures are based on γ-alumina, which is prepared by dehydrogenation of bayerite or gibbsite (Al (OH) 3 ) or boehmite (AlOOH). Carrier structures of this type, however, share the common drawback that the recovery of the catalytically active substances from the catalyst is cumbersome. The dissolution of the catalyst body and subsequent separation of the dissolved material is difficult and requires much caustic. Another technique relies on melting the catalyst in a vacuum oven at very high temperatures. However, in view of the expensive equipment required for this purpose and the high energy consumption, this is only economically feasible for noble metal catalysts.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Trägerstrukturen aus Aktivkohle bekannt. Diese können sehr einfach von den katalytisch aktiven Substanzen durch einfache Verbrennung des Kohlenstoffs entfernt werden. Da Aktivkohle sich weder in alkalischem noch saurem Milieu auflöst, stellt Aktivkohle die Trägerstruktur der Wahl für Edelmetall-Katalysatoren in katalytischen Reaktionen in flüssiger Phase dar. Bei der Verbrennung der Aktivkohle bleibt nur die katalytisch aktive Substanz, z.B. dann das Edelmetall, zurück.Farther are from the prior art carrier structures of activated carbon known. these can very easy from the catalytically active substances by simple Combustion of carbon are removed. Since activated carbon itself does not dissolve in an alkaline or acidic environment, activated carbon provides the support structure the choice for Noble metal catalysts in catalytic reactions in the liquid phase When burning the activated carbon remains only the catalytic active substance, e.g. then the precious metal, back.
So
ist aus der
Aus
der
Die
Die WO 03/55599 A1 beschreibt eine Katalysatorzusammensetzung, die ein extrudiertes Kohlenstoff-Material enthält. Die Kohlenstoff-Partikel können aus Produkten, wie Braunkohle oder Holz, gewonnen werden. Die Formgebung erfolgt hier mit den Kohlenstoff-Partikeln, was erhebliche Nachteile hinsichtlich der mechanischen Festigkeit mit sich bringt.The WO 03/55599 A1 describes a catalyst composition comprising contains extruded carbon material. The carbon particles can from products such as lignite or wood. The shape takes place here with the carbon particles, causing significant disadvantages in terms of mechanical strength brings.
Bei den bislang aus dem Stand der Technik bekannten Kohlenstoff enthaltenden Trägerstrukturen sind verschiedene Nachteile festzustellen. Da Aktivkohle aus natürlichen Materialien, wie z.B. Torf, Holz oder Ko kosnussschalen, gewonnen wird, ist es schwierig, eine gleichbleibende und einheitliche Qualität des Ausgangsmaterials sicherzustellen. Darüberhinaus ist die mechanische Festigkeit von Trägerstrukturen aus Aktivkohle in der Regel problematisch. Auch der Abrieb von Aktivkohle stellt ein bislang nicht behobenes Problem dar, was bei der Anwendung als Katalysatoren dazu führt, dass sich das katalytisch aktive Material mit dem Reaktionsprodukten vermischt. Aufgrund der Schwierigkeiten der Abtrennung der Edelmetalle von den Reaktionsprodukten ist dies ein erheblicher Nachteil bei der Verwendung von Aktivkohle als Trägerstruktur. Ein weiterer wichtiger Nachteil beruht darauf, dass Aktivkohle nur schwer zu Körpern geformt werden kann, die eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen. Somit ist die Verwendung von den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Trägerstrukturen aus Aktivkohle in Festbettreaktoren nur bedingt möglich.at the carbon-containing hitherto known from the prior art support structures There are several disadvantages. Since activated carbon from natural Materials such as e.g. Peat, wood or Koosnussschalen, won it is difficult, consistent and consistent quality of the starting material sure. Furthermore is the mechanical strength of carrier structures made of activated carbon usually problematic. Also, the abrasion of activated carbon provides a previously unresolved problem, which is when used as catalysts causes that the catalytically active material with the reaction products mixed. Because of the difficulties of separating the precious metals Of the reaction products, this is a significant drawback the use of activated carbon as a carrier structure. Another important Disadvantage is based on the fact that activated carbon is difficult to form bodies can be, which have a sufficient mechanical strength. Consequently is the use of those previously known from the prior art support structures from activated carbon in fixed bed reactors only conditionally possible.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Materialien zu beseitigen und neuartige, als Trägerstruktur geeignete Materialien bereitzustellen, die eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, dabei aber gleichzeitig eine Porosität besitzen, die den Einsatz als Trägerstrukturen für z.B. Katalysatoren ermöglichen.outgoing This was the object of the present invention, the disadvantages eliminate the materials known in the art and novel, as a carrier structure to provide suitable materials that have a high mechanical Have strength, but at the same time have a porosity, which use as carrier structures for e.g. Enable catalysts.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoff-Granulats mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Kohlenstoff-Granulat mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und den Katalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 31 gelöst. In Anspruch 21 wird die Verwendung derartiger Kohlenstoff-Granulatoren zur Herstellung eines Katalysators beschrieben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildun gen auf.These The object is achieved by the process for producing a carbon granulate with the features of claim 1, the carbon granules with the features of claim 12 and the catalyst having the features of claim 31 solved. In claim 21, the use of such carbon granulators for the preparation of a catalyst. The further dependent claims show advantageous Weiterbildun conditions.
Erfindungsgemäß wird ein Kohlenstoff-Granulat bereitgestellt, das 50 bis 99,9 Gew.-% Kohlenstoff enthält. Weiterhin sind 0,1 bis 50 Gew.-% Mineralien und/oder nicht-verkohlte Zusatzstoffe enthalten. Mindestens 20 Gew.-% des Kohlenstoffs wird dabei aus granulierter mikrokristallierter Cellulose (MCC) sowie ggf. weiteren Bindemitteln und/oder Zusatzstoffen pyrolytisch gebildet. Dabei weisen die einzelnen Körner des Kohlenstoff-Granulats eine Porosität im Kern auf, die größer als die Porosität an der Oberfläche der Körner ist.According to the invention is a Carbon granules providing 50 to 99.9 wt .-% carbon contains. Furthermore, 0.1 to 50 wt .-% minerals and / or non-charred Contain additives. At least 20% by weight of the carbon becomes of granulated microcrystallised cellulose (MCC) as well as optionally further binders and / or additives pyrolytically formed. In this case, the individual grains of carbon granules a porosity in the core, the bigger than the porosity on the surface the grains is.
Da die Oberfläche eine geringere Porosität aufweist, ist die Oberfläche der einzelnen Körner glatt, was eine hohe mechanische Festigkeit ebenso wie einen geringen Abrieb des erfindungsgemäßen Granulats zur Folge hat.There the surface has a lower porosity, is the surface the individual grains smooth, what a high mechanical strength as well as a low abrasion of the granules according to the invention entails.
Besonders verdeutlicht werden die Eigenschaften hinsichtlich der Abriebfestigkeit dadurch, dass das Granulat im Trommel-Abriebtest nach ASTM D4058 vorzugsweise einen Abrieb im Bereich von 0,2 bis 5 Gew.-% aufweist. Besonders bevorzugt liegt der Abrieb in einem Bereich von 0,2 bis 1,5 Gew.-%.Especially the properties regarding the abrasion resistance are clarified in that the granules in the drum abrasion test according to ASTM D4058 preferably has an abrasion in the range of 0.2 to 5 wt .-%. Particularly preferably, the abrasion is in a range of 0.2 to 1.5% by weight.
Grundsätzlich kann die spezifische Oberfläche des Kohlenstoff-Granulats beliebig eingestellt werden, wobei durch den Gewichtsanteil von MCC gegenüber Bindemitteln und weiteren Zusatzstoffen die spezifische Oberfläche gesteuert werden kann. Bevorzugt liegt die spezifische Oberfläche dabei in einem Bereich von 60 bis 1200 m2/g.In principle, the specific surface area of the carbon granulate can be adjusted as desired, it being possible to control the specific surface area by the proportion by weight of MCC in relation to binders and other additives. The specific surface is preferably in a range from 60 to 1200 m 2 / g.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Kohlenstoff-Granulat eine Druckfestigkeit gemäß D 7084-4 im Bereich von 2 bis 20 Gew.-% aufweist, wobei die Druckfestigkeit über den Gewichtsanteil an MCC steuerbar ist.It is further preferred that the carbon granules have a compressive strength in accordance with D 7084-4 in Range of 2 to 20 wt .-%, wherein the compressive strength on the Weight fraction of MCC is controllable.
Das Kohlenstoff-Granulat kann dabei in beliebiger geometrischer Form vorliegen. Besonders bevorzugt ist hier die sphärische Form, da hierbei ein geringerer Abrieb festgestellt wurde. Dies bringt insbesondere für die Herstellung von Katalysatoren Vorteile mit sich. Das in sphärischer Form vorliegende Granulat sollte vorzugsweise in gleichmäßiger Größe vorliegen, wenn Reaktionen unter Verwendung von in Lösungen suspendierten Katalysator-Körpern durchgeführt werden. Hierbei sind aber Schwankungen um bis zu 20 % hinsichtlich des Durchmessers der in sphärischer Form vorliegenden Körner durchaus annehmbar. Ein weiterer Vorteil, der sich aus einer gleichförmigen Größe der Körner ergibt, ist die einfacher durchzuführende Be- und Entladung der Katalysator-Körper. Vorzugsweise weist das Kohlenstoff-Granulat in sphärischer Form ein Länge-Breite-Verhältnis von maximal 3:1, bevorzugt maximal 2:1 und besonders bevorzugt maximal 1,5:1 auf. Eine erfindungsgemäße Variante sieht weiterhin vor, dass die Porosität der Körner des Kohlenstoff-Granulats vom Kern zur Oberfläche hin abnimmt.The Carbon granules can be in any geometric form available. Particularly preferred here is the spherical shape, since this is a lesser Abrasion was detected. This brings in particular for the production of catalysts benefits with it. The present in spherical form granules should preferably be uniform in size, when reactions are carried out using catalyst bodies suspended in solutions. Here, however, variations of up to 20% in terms of the diameter of the in spherical Form present grains quite acceptable. Another advantage, which results from a uniform size of the grains, is the easier to perform Loading and unloading of the catalyst body. Preferably, the carbon granules in spherical Form a length-to-width ratio of a maximum of 3: 1, preferably a maximum of 2: 1 and most preferably a maximum 1.5: 1 up. A variant according to the invention further provides that the porosity of the granules of the carbon granules of Core to the surface decreases.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoff-Granulats bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- i) Mischen eines Pulvers bestehend aus mindestens 20 Gew.-% mikrokristalliner Cellulose (MCC) und ggf. weiteren Bindemitteln oder Zusatzstoffen mit Wasser,
- ii) Agglomeration des Gemisches zu einem MCC-Granulat mit anschließender Trocknung des MCC-Granulats und
- iii) thermische Behandlung bei Temperaturen größer oder gleich der Zersetzungstemperatur des MCC-Granulats in einer sauerstoffarmen Atmosphäre unter Bildung des Kohlenstoff-Granulats.
- i) mixing a powder consisting of at least 20 wt .-% of microcrystalline cellulose (MCC) and optionally other binders or additives with water,
- ii) agglomeration of the mixture into an MCC granulate with subsequent drying of the MCC granules and
- iii) thermal treatment at temperatures greater than or equal to the decomposition temperature of the MCC granules in a low-oxygen atmosphere to form the carbon granules.
Das Bindemittel ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Methylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon, Polyethylenglycol, Glucose oder Mischungen hiervon.The Binder is preferably selected from the group consisting from carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, Methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, Glucose or mixtures thereof.
Hinsichtlich der weiteren Zusatzstoffe sind insbesondere solche aus der Gruppe bestehend aus Wasserglas, Kohlenstoff-Pulver kolloidalem Siliziumoxid, kolloidalem Aluminiumoxid, kolloidalem Titanoxid, kolloidalem Zirkoniumoxid und Mischungen hiervon bevorzugt.Regarding the other additives are in particular those from the group consisting of water glass, carbon powder colloidal silica, colloidal alumina, colloidal titania, colloidal zirconia and mixtures thereof are preferred.
Hinsichtlich der Agglomeration sind verschiedene Verfahrensvarianten möglich. Eine erste sieht vor, dass zunächst das Pulver mit dem Wasser in einem Gewichtsverhältnis gemischt wird, so dass sich eine teigartige Konsistenz ergibt. Dieser Teig wird dann im Anschluss extrudiert und zu einem MCC-Granulat mit zylindrischer Form verarbeitet. Ebenso sind aber auch tri-, quadro- oder multilobale Formen oder auch Ringformen möglich. Eine weitere Variante sieht vor, dass eine Agglomeration durch Tablettierung der mikrokristallinen Cellulose erfolgt. Eine dritte bevorzugte Variante sieht vor, dass die Agglomeration in einem Wirbelschichtreaktor unter Bildung eines im Wesentlichen sphärischen MCC-Granulats erfolgt. Eine weitere erfindungsgemäße Variante betrifft die Agglomeration in einem Rondierer, wobei es zur Bildung eines im wesentlichen sphärischen MCC-Granulats kommt.Regarding the agglomeration different process variants are possible. A first, that first the powder is mixed with the water in a weight ratio, so that gives a doughy consistency. This dough is then followed extruded and processed to a MCC granules with a cylindrical shape. As well but are also tri-, quadro- or multilobal forms or ring forms possible. Another variant provides that agglomeration by tabletting the microcrystalline cellulose takes place. A third preferred Variant provides that the agglomeration in a fluidized bed reactor to form a substantially spherical MCC granules. Another variant of the invention relates to the agglomeration in a Rondierer, where it is to form a substantially spherical one MCC granules are coming.
Die thermische Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von mindestens 400°C. Allgemein ist die Temperatur jedoch von der Zusammensetzung des MCC-Granulats abhängig, da durch diesen die Zersetzungstem peratur bestimmt werden kann. In einer weiteren bevorzugten Variante wird bei der thermischen Behandlung die Temperatur in gestuften Schritten bis zur Zersetzungstemperatur des MCC-Granulats erhöht.The Thermal treatment is preferably carried out at a temperature of at least 400 ° C. Generally However, the temperature is dependent on the composition of the MCC granules, since by this the decomposition temperature can be determined. In Another preferred variant is in the thermal treatment the temperature in stepped steps up to the decomposition temperature of the MCC granules increased.
Die thermische Behandlung wird vorzugsweise in einem Inertgas durchgeführt, wobei hier besonders bevorzugt Stickstoff und/oder Kohlendioxid eingesetzt wird.The Thermal treatment is preferably carried out in an inert gas, wherein Nitrogen and / or carbon dioxide are particularly preferably used here becomes.
Erfindungsgemäß wird ebenso die Verwendung des zuvor beschriebenen Kohlenstoff-Granulats und mindestens einer katalytisch aktiven Substanz zur Herstellung eines Katalysators bereitgestellt. Hinsichtlich des Katalysatormaterials gibt es grundsätzlich keinerlei Beschränkungen. Vorzugsweise ist die katalytisch aktive Substanz ausgewählt aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente oder der Gruppe der Übergangsmetalle. Hierzu zählen beispielsweise Platin, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Rhenium, Silber, Gold, Blei, Zinn, Kupfer, Nickel, Kobalt, Vanadium, Zink, Eisen, Chrom, Molybdän, Wolfram und Mischungen hiervon.According to the invention as well the use of the previously described carbon granules and at least one catalytically active substance for the preparation of a Catalyst provided. With regard to the catalyst material there are basically no restrictions. Preferably, the catalytically active substance is selected from Group VIII of the Periodic Table of the Elements or the Group the transition metals. Which includes for example, platinum, ruthenium, palladium, rhodium, rhenium, silver, Gold, lead, tin, copper, nickel, cobalt, vanadium, zinc, iron, Chromium, molybdenum, Tungsten and mixtures thereof.
Hinsichtlich der Herstellung des Katalysators gibt es grundsätzlich zwei Verfahrensvarianten. Die erste Verfahrensvariante basiert darauf, dass in dem oben beschriebenen Schritt i) die katalytisch aktive Substanz oder ein Precursor hiervon dem Gemisch aus Wasser und Mikrocellulose zugesetzt wird. Ebenso ist es natürlich auch möglich, die katalytisch aktive Substanz oder ein Precursor hiervon zunächst in Wasser zu suspendieren und dieser Suspension dann die mikrokristalline Cellulose zuzusetzen. Eine zweite Variante sieht vor, dass das Kohlenstoff-Granulat mit einer Lösung oder einer Suspension der katalytisch aktiven Substanz oder einem Precursor hiervon in Kontakt gebracht wird. Besonders bevorzugt erfolgt hier die Inkontaktbringung mit der kataly tisch aktiven Substanz durch Besprühen des Kohlenstoff-Granulats mit der Lösung oder Suspension.Regarding There are basically two process variants of the preparation of the catalyst. The first method variant is based on that in the above-described Step i) the catalytically active substance or a precursor thereof is added to the mixture of water and microcellulose. As well it is natural also possible, the catalytically active substance or a precursor thereof first in To suspend water and this suspension then the microcrystalline Add cellulose. A second variant provides that the carbon granules with a solution or a suspension of the catalytically active substance or a Precursor thereof is brought into contact. Especially preferred the contacting with the catalytically active substance takes place here by spraying of carbon granules with the solution or suspension.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass der zuvor beschriebene Katalysator zusätzlich noch mit mindestens einer weiteren abschließenden Beschichtung versehen wird, wobei diese vorzugsweise als eine vor Sauerstoff schützende Schicht ausgebildet ist. Diese Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Wachs und/oder einem Fettbestandteil mit einem Schmelzpunkt von mehr als 50°C.A Another preferred variant provides that the previously described Catalyst additionally provided with at least one further final coating is preferably formed as an oxygen-protecting layer is. This coating preferably consists of a wax and / or a fat ingredient with a melting point greater than 50 ° C.
Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.Based the following figures and examples, the subject invention be explained in more detail, without this on the specific embodiments shown here restrict to want.
In
In
Beispiel 1example 1
Synthese eines erfindungsgemäßen Kohlenstoff-GranulatsSynthesis of a Carbon granules according to the invention
15,1 g eines Granulats von mikrokristalliner Cellulose (MCC-Granulat) von Kugeln aus mikrokristalliner Cellulose wurden in einen Wirbelschichtreaktor eingebracht. Der Wirbelschichtreaktor bestand aus einer vertikalen Quarzröhre mit einem Durchmesser von 3 cm. Die Temperatur des Wirbelschichtreaktors konnte durch einen die Quarzröhre umgebenden Ofen bis zu Temperaturen von 57°C eingestellt werden. Die Schüttdichte des MCC-Granulats betrug 15,1 g/ml. Die minimale Lineargeschwindigkeit des Gasflusses von Stickstoff, um die Verwirbelung zu erreichen, betrug 4 cm/sec. bei 70°C.15.1 g of granules of microcrystalline cellulose (MCC granules) of spheres of microcrystalline cellulose were placed in a fluidized bed reactor brought in. The fluidized bed reactor consisted of a vertical quartz tube with a diameter of 3 cm. The temperature of the fluidized bed reactor could through a the quartz tube surrounding furnace to be set to temperatures of 57 ° C. Bulk density of the MCC granules was 15.1 g / ml. The minimum linear velocity of the gas flow of Nitrogen to achieve turbulence was 4 cm / sec. at 70 ° C.
Das MCC-Granulat wurde mit einem Gasfluss mit einer Lineargeschwindigkeit von 5,4 cm/sec. verwirbelt. Zuvor wurde das Granulat bei 100°C 1 h und 14 min lang getrocknet. Die Temperatur wurde gemäß dem nachfolgenden Temperaturschema erhöht: The MCC granules were filled with a gas flow at a linear speed of 5.4 cm / sec. swirled. Previously, the granules were dried at 100 ° C for 1 hour and 14 minutes. The temperature was increased according to the following temperature scheme:
Nachfolgend wurde das Granulat auf Raumtemperatur abgekühlt.following the granules were cooled to room temperature.
Es resultierten 3,9 g Kohlenstoff-Granulat mit einer Schüttdichte von 0,6 g/ml, was ein verbleibendes Gewicht von 26 % bedeutet. Es ist sehr wichtig, dass das erfindungsgemäß hergestellte Kohlenstoff-Granulat in einen Wirbelschichtreaktor ohne Reibungsverlust gegeben werden kann. Die mechanische Festigkeit und die glatte Oberfläche der Kugeln führen zu der hohen Stabilität in einem Wirbelschichtreaktor.It resulted in 3.9 g of carbon granules with a bulk density of 0.6 g / ml, which means a remaining weight of 26%. It It is very important that the carbon granules produced according to the invention be placed in a fluidized bed reactor without friction loss can. The mechanical strength and the smooth surface of the Lead balls to the high stability in a fluidized bed reactor.
Die erzielten Ergebnisse wurden durch einen Versuch in der Thermowaage bestätigt. Das erfindungsgemäße Granulat wurde in einem Stickstoff-Fluss gehalten, während die Temperatur um 5°C pro Minute erhöht wurde. Der Gewichtsverlust setzte bei etwa 250°C ein und bei 315°C wurde ein maximaler Gewichtsverlust beobachtet. Bei 360°C fiel der Gewichtsverlust zusehends ab, jedoch konnte ein Gewichtsverlust bis zu Temperaturen von 700°C beobachtet werden. Das verbleibende Gewicht betrug 21 des ursprünglichen Gewichts.The Results achieved were by a trial in the thermobalance approved. The granules according to the invention was kept in a nitrogen flow while the temperature was around 5 ° C per minute elevated has been. The weight loss began at about 250 ° C and at 315 ° C was a maximum weight loss observed. At 360 ° C, the weight loss fell noticeably However, a weight loss up to temperatures of 700 ° C was observed become. The remaining weight was 21 of the original one Weight.
Beispiel 2Example 2
Synthese eines erfindungsgemäßen Kohlenstoff-GranulatsSynthesis of a Carbon granules according to the invention
MCC-Pulver wurde mit Wasser zu einer Dispersion mit einem Feststoffgehalt von etwa 30 % vermischt. Diese Dispersion wurde in einem Wirbelschicht-Rotor-Agglomerator agglomeriert und getrocknet. Die gebildeten sphärischen Agglomerate des MCC-Pulvers besaßen eine Korngröße D50 von 300 μm. Sie wurden in einen Ofen gegeben und unter Ausschluss von Sauerstoff 1 h lang bei 250°C vorgeheizt und anschließend 2 h lang bei 450°C (ebenfalls unter reduzierenden Bedingungen) thermisch behandelt, um die Zersetzung in Kohlenstoff und Gaskomponenten einzuleiten und ein sphärisches Kohlenstoff-Granulat zu bilden. Das Kohlenstoff-Granulat besaß einen Kohlenstoff-Gehalt von mehr als 98 Gew.-%. Die Korngröße D50 des Kohlenstoff-Granulats wurde durch den Zersetzungsprozess auf einen Wert von 150 μm reduziert. Der Reibungswert der kohlenstoffhaltigen Kugeln wurde durch einen modifizierten Trommel-Abriebtest nach ASTM D4058 mit einem Heubach-Testgerät bestimmt. Es ergab sich ein Abriebwert von 1,7 Gew.-%.MCC powder was mixed with water to a dispersion having a solids content of about 30%. This dispersion was agglomerated in a fluidized bed rotor agglomerator and dried. The spherical agglomerates of the MCC powder formed had a particle size D50 of 300 μm. They were placed in an oven and preheated at 250 ° C for 1 hour, with the exclusion of oxygen, and then thermally treated for 2 hours at 450 ° C (also under reducing conditions) to initiate decomposition into carbon and gas components and a spherical carbon substance granules to form. The carbon granules had a carbon content of more than 98% by weight. The grain size D50 of the carbon granules was reduced to a value of 150 μm by the decomposition process. The coefficient of friction of the carbonaceous spheres was determined by a modified drum abrasion test according to ASTM D4058 with a Heubach tester. The result was an abrasion value of 1.7 wt .-%.
Beispiel 3Example 3
Synthese eines erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Granulats mit einer Korngröße D50 > 200 μmSynthesis of a carbon granulate according to the invention with a particle size D50> 200 μm
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Variante wurde das MCC-Pulver mit Wasser unter Bildung eines Teigs mit einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 30 und 40 % gemischt. Dieser Teig wurde mit einem Korbextruder Fuji-Paudall) extrudiert. Die extrudierten Partikel wurden in einen Spheronisator (Glatt) gegeben, um sphärische Kugeln zu bilden, die in einem Wirbelschichttrockner (Glatt) getrocknet wurden. Es resultierten sphärische Granulatkörner mit einem Durchmesser von 800 μm (D50). Dieses Granulat wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 unter Ausschluss von Sauerstoff 1 h lang bei 250°C vorgeheizt und anschließend 2 h lang bei 450°C thermisch behandelt. Der Reibungswert betrug hier 1,4 Gew.-% und die Druckfestigkeit betrug hier 11 Gew.-%.To another variant of the invention The MCC powder was mixed with water to form a dough with a Moisture content between 30 and 40% mixed. This dough was with a basket extruder Fuji-Paudall) extruded. The extruded particles were placed in a spheronizer (Smooth) given to spherical To form spheres, which were dried in a fluidized bed dryer (Smooth). It resulted spherical Granules with a diameter of 800 microns (D50). This granule was prepared in the same manner as in Example 2 under exclusion of oxygen preheated for 1 h at 250 ° C and then for 2 h long at 450 ° C thermally treated. The friction value here was 1.4 wt .-% and the compressive strength here was 11 wt .-%.
Beispiel 4Example 4
Synthese eines erfindungsgemäßen Katalysators mit NickelSynthesis of a catalyst according to the invention with nickel
130,4 g des MCC-Granulats mit einem Durchmesser von 1000 bis 1400 μm wurde in einer Lösung von 51,7 g Ni(NO3)2·6 H2O in 118,6 ml Wasser 16 h lang aufbewahrt. Anschließend wurde das Granulat von der Flüssigkeit durch Dekantieren abgetrennt. Das Granulat hatte etwa 40 ml der Flüssigkeit aufgenommen, was etwa 63 g der Lösung entspricht. Das imprägnierte Granulat wurde bei einem geringen Druck in einem Rota Vapor bei einem Druck von 14 mbar vorgetrocknet.130.4 g of the MCC granules with a diameter of 1000 to 1400 μm were stored in a solution of 51.7 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O in 118.6 ml of water for 16 hours. Subsequently, the granules were separated from the liquid by decantation. The granules had taken up about 40 ml of the liquid, which corresponds to about 63 g of the solution. The impregnated granules were predried at a low pressure in a Rota Vapor at a pressure of 14 mbar.
5,02
g des vorgetrockneten Granulats wurden in einem Stickstoff-Fluss
gehalten, wobei die Temperatur auf bis zu 450°C erhöht wurde. Das Granulat zeigte
einen Gewichtsverlust von etwa 65 % während der thermischen Behandlung.
Eine Probe des Katalysators wurde zu Untersuchungszwecken in einem
Mörser
gemahlen, in Ethanol dispergiert und mit Ultraschall behandelt.
Ein geringes Volumen der Suspension wurde auf einem löchrigen
Kohlenstoff-Film auf einem Kupfergitter, was üblicherweise für Untersuchungen
in einem TEM-Elektronenmikroskop verwendet wird, gegeben. Die Aufnahme
des Elektronenmikroskop, wie in
Beispiel 5Example 5
Synthese eines erfindungsgemäßen KatalysatorsSynthesis of a catalyst according to the invention
Das in Beispiel 2 hergestellte Kohlenstoff-Granulat wurde in einen Rotor-Agglomerator vorgelegt. Pro kg Kohlenstoff-Granulat wurde 1 kg einer Suspension aus 15 Gew.-% MCC und 20 Gew.-% Eisen(III)citrat auf das Kohlenstoff-Granulat gesprüht. Das besprühte Kohlenstoff-Granulat wurde unter Ausschluss von Sauerstoff, wie in Beispiel 2 beschrieben, erhitzt und der aktivierte Katalysator wurde unter Stickstoff-Atmosphäre direkt in einen Zylinder aus geschmolzenem Kerzenwachs gegeben. Der untere Teil des Zylinders, der mehr als 80 % des aktivierten Katalysators enthielt, wurde in einen Granulator (Glatt VG) zur Herstellung eines rieselfähigen Granulats des in dem wachseingekapselten aktivierten Katalysator gegeben.The Carbon granules prepared in Example 2 were placed in a rotor agglomerator. 1 kg of a suspension of 15% by weight per kg of carbon granules MCC and 20 wt .-% iron (III) citrate on the carbon granules sprayed. That sprayed Carbon granules was in the absence of oxygen, as described in Example 2, heated and the activated catalyst was directly under a nitrogen atmosphere placed in a cylinder of molten candle wax. The lower Part of the cylinder containing more than 80% of the activated catalyst was in a granulator (Glatt VG) for preparing a free-flowing granules in the wax-encapsulated activated catalyst.
Beispiel 6Example 6
Synthese eines erfindungsgemäßen KatalysatorsSynthesis of a catalyst according to the invention
Das in Beispiel 2 hergestellte Kohlenstoff-Granulat wurde in einen Rotor-Agglomerator gegeben, wobei pro kg Kohlenstoff-Granulat 1 kg einer Suspension von 5 Gew.-% MCC (Avicel PH 102, FMC Corp.) und 15 Gew.-% NiNO3 und 10 Gew.-% gemahlenes Kokusnuss-Kohlenstoffpulver (Pica G202X) enthalten waren. Diese Suspension wurde in einem Rotor (Glatt) auf das Kohlenstoff-Granulat gesprüht, wodurch eine Korngröße D50 von etwa 200 μm erhalten wurde. Wie in Beispiel 2 wurde das Kohlenstoff-Granulat unter Ausschluss von Sauerstoff thermisch behandelt und der aktivierte Katalysator wurde unmittelbar unter Stickstoff-Atmosphäre in einen Zylinder aus geschmolzenem Kerzenwachs überführt und mit einer Siebplatte nach unten gedrückt. Der untere Bereich des Zylinders aus Kerzenwachs, der mehr als 80 % des aktivierten Katalysators enthielt, wurde in einen Granulator (Glatt VG) unter Bildung eines rieselfähigen Granulats des in dem Wachs eingekapselten aktivierten Katalysator gegeben. Es resultierte ein sphärischer Katalysator, wobei mindestens 50 % des HG-Porositätswerts in Poren mit einem Durchmesser von mehr als 1500 Ångström auftritt.The carbon granules prepared in Example 2 were placed in a rotor agglomerator, with 1 kg of a suspension of 5 wt .-% MCC (Avicel PH 102, FMC Corp.) and 15 wt .-% NiNO 3 per kg of carbon granules and 10 wt% ground coconut carbon powder (Pica G202X). This suspension was sprayed on the carbon granules in a rotor (Smooth) to obtain a grain size D50 of about 200 μm. As in Example 2, the carbon granules were thermally treated in the absence of oxygen and the activated catalyst was transferred immediately under a nitrogen atmosphere in a cylinder of molten candle wax and pressed down with a sieve plate. The lower portion of the candle wax cylinder, containing more than 80% of the activated catalyst, was placed in a granulator (Smooth VG) to form a free flowing granule of the activated catalyst encapsulated in the wax. This resulted in a spherical catalyst, with at least 50% of the HG porosity value in pores having a diameter greater than 1500 Angstroms occurs.
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