[发明专利]金属催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及金属催化剂。

背景技术

在化学工程领域，活性金属催化剂如雷尼催化剂是已知的。它们大多数是以粉末形态应用于有机化合物的多种加氢、脱氢、异构化和水合反应。这些粉末催化剂由催化活性金属的合金制成，在本文中也指具有溶于碱的另外合金化元素的催化剂金属。主要使用镍、钴、铜或铁作为催化剂金属。铝通常被用作合金化组分，该组分溶于碱，但是也会使用其它组分，尤其是锌和硅或它们与铝的混合物。

这些所谓的雷尼合金通常通过铸锭方法制备。在该方法中，首先熔化催化剂金属和例如铝的混合物，然后将其浇注成锭。典型的合金批次的生产规模相当于大约10-100千克每锭。根据DE2159736，获得2小时的冷却时间。这相当于平均冷却速率为约0.2K/s。与此相反，在施加快速冷却的方法中冷却速度达到102至106K/s(例如粉化方法)。微粒尺寸和冷却介质尤其影响冷却的速率(参见Materials Science and Technology，R.W.Chan，P.Haasen，E.J.Kramer编辑，Vol.15，Processing of Metals andAlloys，1991，VCH-Verlag Weinheim，第57-100页)。该种类型的方法被应用于EP 0437788 B1以制备雷尼合金粉末。在该方法中，在高于其熔点50至500℃的温度下熔化的合金被粉化并通过水和/或气体冷却。

为了制备催化剂，若雷尼合金并非为制备过程所需的粉末状形态，则首先将其精细研磨。然后通过用诸如苛性钠溶液的碱进行提取，以全部或部分地移出铝。这活化了合金粉末。在从合金粉末中提取出铝之后，其具有20-100m²/g的高比表面积(BET)，并且具有丰富的活性氢。该活化的催化剂粉末具有自燃性，由此被保存在水或有机溶剂中，或嵌入室温中为固体的有机化合物中。

粉末催化剂具有只能被用于批量方法的缺点，并且在催化反应后必须通过昂贵的沉淀和/或过滤方式从反应介质中分离出来。因此，多种制备模制产品的方法已被披露，这些产品在提取出铝之后形成了活性金属固定床催化剂。因此，例如，粗颗粒雷尼合金，即仅经过粗研磨的雷尼合金是可以获得的，并且能够通过用苛性钠溶液处理对其进行活化。之后的提取和活化只是在表面层中进行，其厚度能够通过调整提取过程中使用的条件而进行调节。

这些现有技术的方法制得的催化剂的主要缺点是活性外层具有较差的机械稳定性。因为只有催化剂的外层具有催化活性，磨损就造成了其快速失活，然后使用苛性钠溶液将合金的更深层重新活化，由此最多产生部分重新活化。

专利申请EP 0648534 B1描述了一种成型、具有活性的雷尼金属固定床催化剂以及其制备方法。这些催化剂避免了上述缺点，例如由于使外层活化而导致差的机械稳定性。为制备这些催化剂，使用了催化剂合金粉末与粘结剂的混合物，其中的催化剂合金各含有至少一种具有催化活性的催化剂金属和可提取的催化剂合金化组分。不含有可提取组分的纯催化剂金属或其混合物被用作粘结剂。为了在活化后获得足够的机械稳定性，粘结剂的使用是很重要的，其中粘结剂的量相对于催化剂合金为0.5-20重量％。用常规的成型助剂和造孔剂使催化剂合金和粘结剂成型后，将获得的新鲜制备的产品在低于850℃的温度焙烧。细分散粘结剂的烧结过程导致了催化剂合金的单独颗粒之间产生固体化合物。与催化剂合金相反，这些化合物是不可提取的或只能在很低程度上提取的，使得甚至在活化后仍然能获得力学稳定的结构。然而，加入粘结剂的缺点是，它基本是非催化活性物质，因此造成活性层中的活性中心数量降低。此外，绝对必要地使用粘结剂意味着需严格控制造孔剂的量而不破坏成型产品的强度。由于这个原因，在不损失强度的情况下，这些催化剂的体积密度不能降低到小于1.9kg/L。这导致在工业中使用这些催化剂时相当大的经济方面的缺点。特别地，当使用更昂贵的催化剂合金时，例如钴合金，高的体积密度导致了每个反应床上的高投入，然而，该缺点获得了这些催化剂的高活性和长期稳定性的部分补偿。在某些情况下，催化剂的高体积密度还需要机械加固的反应器结构。

发明内容

因此，本发明的目的是提供由中空金属结构得到的活性基底金属(basemetal)催化剂，所述催化剂很大程度上避免了上述已知固定床催化剂的缺点。

通过制备所需合金的中空结构并且将其活化以制备催化剂，实现本发明的上述目标和其他目标。本发明的主要优点是这些材料所表现出的每克金属的低体积密度和高活性。