Jahresbericht 2007 - Leibniz-Institut für Katalyse

Hochdurchsatztechnologie Reaktionstechnik
Propanumsätze bei
Dotierung mit geringen
W-Mengen
Die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren vom Typ
(Mo+W) V Te Nb O ist stark vom Mo:W-Verhältnis abhängig.
1 0,3 0,16 0,12 x
Die Acrylsäureausbeute steigt bei teilweisem Austausch des Mo
durch W stark an und nimmt bei höherem W-Gehalt wieder ab
(Abb. 1). Das ist zum einen durch höhere Umsätze bei sehr kleinen
W-Gehalten (kleines Bild am Rand), aber vor allem durch eine
höhere Acrylsäureselektivität bedingt (Abb. 2). Katalysatoren mit sehr
hohen W- und geringen Mo-Gehalten bilden dagegen bevorzugt
CO und CO . Ein Zusammenhang zu den in den Katalysatoren
2
enthaltenen kristallinen Phasen konnte nicht nachgewiesen werden;
die Diffraktogramme zeigen, außer bei Mo-freien Proben, vorrangig
die bekannte M1-Phase.
Diglycerins zu unerwünschten Polyglycerinen weitgehend vermieden
wird. So wurde zum Beispiel bei einem Glycerinumsatz von 93 % eine
Selektivität des Diglycerins von 73 % erreicht (Ausbeute 68 %), mit
Anteilen von 1a : 1b : 1c = 69 : 27 : 4.
Abb. 1:
Acrylsäureausbeute
in Abhängigkeit vom
Mo:W-Verhältnis, T=370°C
Abb. 2:
Produktselektivitäten
in Abhängigkeit vom
Mo:W-Verhältnis, T=370°C
Katalysatoren mit höherem V-Gehalt (Mo+W) 1 V 0,5 Te 0,16 Nb 0,12 O x sind
im Gegensatz zu den oben beschriebenen Katalysatoren nur wenig
selektiv und bilden hauptsächlich CO . Diese enthalten auch nicht
x
die M1-Phase, sondern verschiedene Mischoxide.
Reaktionstechnik
Zielsetzung
Ziel im Teilbereich Reaktionstechnik ist es, das Verhalten neuer
Katalysatoren bzw. den Ablauf katalytischer Reaktionen unter
anwendungsnahen Bedingungen zu untersuchen und Vorschläge
für optimale Reaktor- und Prozesskonzepte für die katalytischen
Reaktionen zu erarbeiten. Dies umfasst die Ermittlung kinetischer
Daten, die Entwicklung kinetischer Modelle sowie die Ermittlung
der entsprechenden kinetischen Parameter zur Beschreibung
des Reaktionsablaufs, die modellbasierte Voraussage und die
experimentelle Überprüfung des Verhaltens unterschiedlicher
Reaktortypen.
Zur Messung kinetischer Daten wurde eine neue Apparatur mit 16
parallelen Kanälen aufgebaut. Zur Validierung der Anlage wurde
eine apparativ anspruchsvolle Reaktion gewählt (exotherm, erhöhter
Druck, kondensierbare Edukte und Produkte), und die
Aktivität und Stabilität von Mo-W-V-Nb-Te-
Mischoxiden in der partiellen Oxidation von Ethan
untersucht. Mischoxide der Zusammensetzung (Mo-V-Nb-Te)O sind x
typische Katalysatoren für die selektive Aktivierung von Alkanen.
Insbesondere Materialien die eine als „M1“ bezeichnete Struktur des
Art Cs(W Nb) O enthalten eignen sich u.a. für die Partialoxidation
5 14
von Ethan zu Essigsäure und von Propan zu Acrylsäure. Es wurden
hydrothermal präparierte Mischoxide Mo-W-V-Nb-Te unterschiedlicher
Zusammensetzung (Te-Gehalt, Verhältnis Mo:W) auf Zusammenhänge
zwischen Zusammensetzung, Eignung zur selektiven Oxidation
von Ethan und physikochemischen Eigenschaften hin untersucht
(Zusammenarbeit mit TG Katalysatorsyntheseprozesse).
Experimentelles
Mischoxide basierend auf der Zusammensetzung Mo V Nb O 0.4 0.4 0.2 x
wurden durch Hydrothermalsynthese (185°C, 2 Tage) aus den
entsprechenden Metallsalzen hergestellt, gewaschen (dest.
Wasser), getrocknet (120°C, 3h) und an Luft kalziniert (350°C,
4h). Die Zusammensetzung wurde schrittweise variiert, zum einen
durch Verwendung von Wolfram anstelle von Molybdän (Mo:W =
Themenleiter:
Dr. David Linke
Tel.: (030) 6392 - 4422
Fax: (030) 6392 - 4454
david.linke@catalysis.de
Neuer 16-Kanal Festbettreaktor
für kinetische
Messungen – der Reaktorofen
(rund) befindet sich zwischen
2 Heißluftkammern
Einsatzbereich:
35..750°C, 0.5...30 bara
78 79