生產(chǎn)包覆型催化劑的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種生產(chǎn)包覆型催化劑的方法及設(shè)備。采用本發(fā)明，可W執(zhí)行對(duì)各種 形狀的載體材料的浸潰，并生產(chǎn)使催化活性材料進(jìn)入到載體中的不同滲透深度的包覆型催 化劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 包覆型催化劑及生產(chǎn)它們的各種方法是已知的。
[0003] 通常，各種形狀的催化劑載體被浸潰液相成分，該液相成分富含催化活性材料和/ 或催化活性材料的前驅(qū)體。
[0004] 在催化劑載體被浸潰液相成分期間，催化活性成分和/或催化活性成分的前驅(qū)體 不僅到達(dá)催化劑載體的表面上，而且還到達(dá)載體材料的多孔構(gòu)造的微細(xì)通道中。浸潰方法 的一個(gè)實(shí)例是干法浸潰（"初濕（incipientwetness)"方法）。運(yùn)里，多孔載體材料浸潰 有液相成分，該液相成分僅包含至多與載體材料的全部孔體積對(duì)應(yīng)的液體量。在液相成分 進(jìn)入到載體材料的孔中之后，載體材料顯得干燥。
[0005] 當(dāng)使用反應(yīng)物時(shí)或當(dāng)生產(chǎn)反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，對(duì)運(yùn)些反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物而言常常不能或 幾乎不能朝向或遠(yuǎn)離催化活性成分?jǐn)U散。在該情況下載體材料的狹窄開(kāi)孔中的催化活性成 分不參與或僅在有限程度上參與到反應(yīng)中，或者因擴(kuò)散而引起的在孔中的長(zhǎng)時(shí)間停留引起 不需要的二次反應(yīng)。因此，期望使昂貴的活性成分盡可能沉積在載體材料的表面上或該表 面的附近，廣義來(lái)說(shuō)，活性成分的外殼僅由圍繞載體材料形成或在載體材料最上層中形成 的幾個(gè)原子層構(gòu)成，或者活性成分的外殼由形成在載體材料的表面上或表面上層中的活性 成分顆粒的獨(dú)立聚積物構(gòu)成。
[0006] 從文獻(xiàn)中了解了生產(chǎn)包覆型催化劑的各種方法。在典型噴射浸潰中，例如，如EP0 599 193A1中所述那樣，催化劑載體被放置在攬拌容器中，因攬拌容器的旋轉(zhuǎn)而被混合并 W可W使溶液的液相快速蒸發(fā)的方式被噴射有浸潰溶液。運(yùn)樣，相對(duì)較大批量的包覆型催 化劑可適當(dāng)?shù)木鶆蛐赃M(jìn)行噴射浸潰。
[0007] 從EP2 420 317A1、EP0 672 450A1、DE28 14 262A1、DE197 34 974A1 和 DE197 34 975A1中了解了將催化活性物質(zhì)施加于催化劑載體的進(jìn)一步的方法。
[0008] DE102 33 864A1公開(kāi)了一種生產(chǎn)粉末產(chǎn)品的方法及設(shè)備，其中，液體活性材料 被霧化并施加于載體材料。運(yùn)里，活性材料與在超大氣壓下W液體、超臨界或氣體狀態(tài)呈現(xiàn) 的霧化介質(zhì)一起W分離的產(chǎn)品流被運(yùn)送至多流體噴嘴，并且霧化介質(zhì)隨后被減壓，而活性 材料被非常精細(xì)地霧化。霧化活性材料隨后被引入到載體材料中。該設(shè)備被建議特別是應(yīng) 用于食品技術(shù)和制藥業(yè)。
[0009] US4,858,552A1描述了一種造粒設(shè)備。運(yùn)里，噴嘴可W用于將多種介質(zhì)引入到流 化床中。不僅液體成分而且氣體成分也可W被引入到噴嘴中，W同屯、地圍繞液體流被排出 并協(xié)助液體的霧化。
[0010] 到目前為止，在生產(chǎn)包覆型催化劑的已知方法中，通常使用僅由一種金屬成分構(gòu) 成的前驅(qū)體溶液。當(dāng)需要多種金屬成分時(shí)，通常進(jìn)行連續(xù)操作模式，即，在利用第一成分浸 潰之后，執(zhí)行利用第二成分的浸潰。多種金屬前驅(qū)體溶液的使用通常因缺乏運(yùn)種溶液的穩(wěn) 定性而不可行。用于噴射液相成分的先前已知系統(tǒng)的其他不足之處在于：缺少對(duì)推進(jìn)氣體 的預(yù)熱W及缺少對(duì)要噴射的成分的預(yù)熱。同樣，即使使用EP0 599 193A1中所述的運(yùn)種 噴嘴，當(dāng)使用超聲擴(kuò)展噴嘴時(shí)，也很少注意到噴射流的變寬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)包覆型催化劑的改進(jìn)的方法 及改進(jìn)的設(shè)備，借助于本發(fā)明可更具針對(duì)性的方法執(zhí)行載體材料的浸潰，本發(fā)明的方 法及設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)，并且借助于本發(fā)明可W顯著地降低催化活性材料的消耗。
[0012] 此外，應(yīng)該借助于本發(fā)明改進(jìn)生產(chǎn)包覆型催化劑的噴射方法，使得包含有催化活 性材料和/或催化活性材料的前驅(qū)體在內(nèi)的液體成分的可再生應(yīng)用成為可能，特別是當(dāng)使 用亞穩(wěn)態(tài)液體成分或僅具有低穩(wěn)定性的液體成分時(shí)，例如，在膠狀多種金屬前驅(qū)體溶液的 情況下。此外，應(yīng)該得到催化劑載體上的精細(xì)且非常均勻分布的催化活性材料。
[0013] 本發(fā)明提供一種生產(chǎn)包覆型催化劑的方法，該方法包括如下步驟：
[0014] a)在儲(chǔ)存容器中提供含有液體和催化活性材料和/或催化活性材料的前驅(qū)體在 內(nèi)的成分，
[0015] b)在可W圍繞縱軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的容器中提供載體材料，
[0016] C)將上述成分從儲(chǔ)存容器中經(jīng)由第一管道運(yùn)送至噴嘴，
[0017] d)將推進(jìn)流體經(jīng)由第二管道運(yùn)送至噴嘴，
[0018] e)使噴嘴中的成分和推進(jìn)流體霧化W生產(chǎn)氣溶膠，該氣溶膠流入到容器中并浸潰 容器中存在的載體材料，
[0019] f)加熱容器（1)，使得氣溶膠中所存在的液體從載體材料中蒸發(fā)，并且使利用催 化活性材料和/或催化活性材料的前驅(qū)體處理過(guò)的細(xì)分的載體材料干燥，W及
[0020] g)從容器中排出或取出蒸發(fā)的液體。
[0021] 在本發(fā)明的方法中可W使用適于生產(chǎn)包覆型催化劑的任意載體材料。運(yùn)些載體材 料可W具有任意形狀，例如，W圓筒、圓錐體、球體、旋轉(zhuǎn)楠球體、顆粒材料或顆粒呈現(xiàn)。載體 材料可W是壓實(shí)體或優(yōu)選地具有多孔結(jié)構(gòu)。
[0022] 運(yùn)些載體材料可W由任意材料構(gòu)成，只要運(yùn)些材料在預(yù)期反應(yīng)的條件下是惰性且 穩(wěn)定的即可。典型載體材料的實(shí)例是例如Al2〇3、Si〇2、Ti〇2、化0、MgO、Sn〇2、Ce〇2、化2〇3或 例如活性碳或炭黑等碳。還可W使用基于尖晶石結(jié)構(gòu)（例如MgAl2〇4、CaAl2〇4、ZnAl2〇4或 SnAl2〇4)的載體或可W使用基于沸石的載體。
[0023] 可W圍繞縱軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的容器中的載體材料可W是無(wú)機(jī)載體材料，特別是金屬氧化 物或例如活性碳或炭黑等碳。
[0024] 在本發(fā)明的方法中，可W使用適于生產(chǎn)包覆型催化劑和/或包覆型催化劑的前驅(qū) 體的任意催化活性材料。
[00巧]可W使用任意材料作為催化活性材料，只要運(yùn)些材料在預(yù)期反應(yīng)的條件下為惰性 并催化地協(xié)助該反應(yīng)的過(guò)程即可。催化活性材料的實(shí)例是例如過(guò)渡金屬等金屬，并特別是 貴金屬或從貴金屬衍生出的復(fù)合物，例如，氧化物、面化物或化合物。貴金屬（例如，銷(xiāo)族金 屬、金、銀或鍊）或從貴金屬衍生出的復(fù)合物W及化、化、Ni、Co和/或化通常用作催化活 性材料。為了本發(fā)明的目的，銷(xiāo)族金屬是金屬釘、錠、鈕、餓和銷(xiāo)。
[0026] 表述"催化活性材料的前驅(qū)體"用于指代可W借助于例如氧化反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)而 轉(zhuǎn)換成催化活性材料的化合物。催化活性材料的前驅(qū)體的實(shí)例是金屬有機(jī)復(fù)合物或金屬化 合物，當(dāng)該金屬有機(jī)復(fù)合物或金屬化合物沉積在載體表面時(shí)，金屬有機(jī)復(fù)合物或金屬化合 物的金屬形成催化劑的催化活性成分。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明所生產(chǎn)的包覆型催化劑的實(shí)例是已提供的載體材料上的具有各種銷(xiāo) 和錫含量在內(nèi)的催化劑。 W2引在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)運(yùn)種催化劑的常規(guī)方式設(shè)及借助于滴定管將六氯銷(xiāo)酸 (hexachloroplatinate)溶液和氯化錫溶液手工滴到稱(chēng)出量的載體材料上。本發(fā)明的發(fā)明 人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：使用含有氯化錫的銷(xiāo)復(fù)合鹽溶液的浸潰液因浸潰溶液的分解而可能存在非常 多的問(wèn)題。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的浸潰方法能夠在催化劑生產(chǎn)中取得顯著的進(jìn)步。本發(fā)明的噴射設(shè)備 允許均勻地施加浸潰溶液，并且由于對(duì)載液的預(yù)熱，所W可W發(fā)生溶劑的迅速蒸發(fā)。因此， 可W非?？焖俚馗稍镬`敏的催化劑系統(tǒng)。此外，可W在不進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理的情況下生產(chǎn)限 定的包覆型催化劑。對(duì)催化劑開(kāi)發(fā)而言，可針對(duì)性的方法進(jìn)行修改的浸潰方法開(kāi)啟了 令人非常感興趣的可能性。
[0030] 催化活性物質(zhì)優(yōu)選地均勻分布在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包覆型催化劑上。具體而言， 催化活性物質(zhì)W金屬或金屬氧化物的納米粒子群形式呈現(xiàn)。借助于下文所述的新的噴射設(shè) 備使載體材料上的該均勻分布成為可能，并且該均勻分布基本上基于含有催化活性物質(zhì)和 /或催化活性物質(zhì)的前驅(qū)體在內(nèi)的穩(wěn)定液體的噴射。該液體可各種形式呈現(xiàn)。因此，該 液體可W是例如液體中的催化活性物質(zhì)和/或催化活性化合物的前驅(qū)體的溶液或分散體。
[0031] 本方法優(yōu)先采用如下方法：儲(chǔ)存容器中的含有液體和催化活性材料和/或催化活 性材料的前驅(qū)體在內(nèi)的成分是催化活性材料和/或催化活性材料的前驅(qū)體在液體中的溶 液或分散體?？蒞在儲(chǔ)存容器中攬拌溶液或分散體。特別是當(dāng)將分散體從儲(chǔ)存容器中運(yùn)出 時(shí)，在儲(chǔ)存容器中攬拌分散體是有利的。
[0032] 為了本描述的目的，膠體是液體中的細(xì)小分散的顆?；蛭⒌?，即，分