(57)【要約】  少なくとも１種の遷移金属が金属の形態で含まれる外側シェルを有する多孔質触媒担体成形体を含むシェル触媒の製造方法であって、触媒担体成形体を提供する段階；前記遷移金属前駆体化合物を触媒担体成形体の外側シェルにが塗布する段階；および５０〜５００℃の温度で、プロセスガス中で還元することによって、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分を金属の形態に変換する段階であって、前記還元の温度および持続時間は、還元温度（℃）と還元時間（時間）との積が、５０〜５０００、より好ましくは８０〜２５００、さらに好ましくは８０〜２０００、より好ましくは１００〜１５００になるように選択される、段階；を含む方法が提供される。
2013534471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の遷移金属が金属の形態で含まれる外側シェルを有する多孔質触媒担体成形体を含むシェル触媒の、プロセスガス（４０）によって前記触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置（１０）を用いる製造方法であって、
触媒担体成形体を前記装置（１０）に供給し、プロセスガス（４０）によって前記触媒担体成形体の循環を生じさせることを含む、触媒担体成形体を提供する段階；
循環する触媒担体成形体の外側シェルに前記遷移金属前駆体化合物を含む溶液を６０〜９０℃の温度で噴霧することを含む、遷移金属前駆体化合物を触媒担体成形体の外側シェルに塗布する段階；および
前記塗布の後、５０〜１４０℃、好ましくは８０〜１２０℃の温度で、プロセスガス中で還元することによって、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分を金属の形態に変換する段階であって、前記還元の温度および持続時間は、還元温度（℃）と還元時間（時間）との積が５０〜１５００の範囲になるように選択される、段階；を含む、方法。
【請求項２】
前記還元が、１００〜１５０℃の温度範囲で、プロセスガス中で行われる；および／または、
前記還元が、１〜１０時間、または５時間行われる；および／または、
前記還元が、相互に相関する温度および還元持続時間で行われる；および／または、
還元温度Ｔ（℃）と還元時間ｔ（時間）との商Ｔ／ｔが、５〜１５０または２０〜３０の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスガスが、不活性ガス、不活性ガスと還元効果を有する成分とのガス混合物、およびフォーミングガスからなる群から選択されるガスを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記遷移金属前駆体化合物の塗布が、前記遷移金属前駆体化合物および溶媒を含む溶液を室温よりも高い温度で噴霧することによって、前記溶媒の連続的な蒸発を伴って行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスガスが不活性ガスである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスガスがフォーミングガスを含み、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換が、５０〜１５０℃の温度で、フォーミングガスを用いた還元によって行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記還元が、フォーミングガスを用いて、相互に相関する温度および還元持続時間、５０〜１５０℃の温度範囲および１０〜１時間の還元持続時間の範囲で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記成形体が循環する触媒担体成形体の流動床または流動層またはトロイダル形に循環する流動層が、プロセスガスによって形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒担体成形体が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブまたは天然層状ケイ酸塩、特には焼成酸処理ベントナイトに基づいて形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記遷移金属前駆体化合物の溶液は、貴金属化合物、Ｐｄ化合物、Ａｕ化合物、Ａｇ化合物、Ｐｔ化合物、Ｎｉ、Ｃｏおよび／またはＣｕ化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を遷移金属前駆体化合物として含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換の前または後に、促進剤化合物が塗布される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記不活性ガスは、窒素、二酸化炭素および希ガス、好ましくはヘリウムおよびアルゴンからなる群から選択される、またはこれらのガスの２以上の混合物である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記還元効果を有する成分は、エチレン、水素、ＣＯ、ＮＨ３、ホルムアルデヒド、メタノールおよび炭化水素からなる群から選択される、またはこれらの化合物の２以上の混合物である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法によって製造される、シェル触媒。
【請求項１５】
前記触媒のシェルの厚さが、４００μｍ未満、好ましくは３００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ未満、さらに好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１５０μｍ未満である、請求項１４に記載の触媒。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載のシェル触媒の、酢酸ビニル単量体の製造方法における使用。
【請求項１７】
プロセスガス（４０）によって前記触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置（１０）の、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実施するための、または請求項１４または１５に記載のシェル触媒の製造における、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１種の遷移金属が金属の形態で含まれる外側シェルを有する多孔質触媒担体成形体を含むシェル触媒の製造方法、シェル触媒ならびにシェル触媒の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェル触媒の形態の遷移金属担持触媒およびさらにその製造方法は現在の技術で知られている。シェル触媒においては、触媒活性種、多くは促進剤も、多かれ少なかれ触媒担体成形体の外側領域（シェル）のみに含まれる、すなわち、これらは触媒担体成形体に完全に浸透していない（例えば、ＥＰ５６５９５２Ａ１、ＥＰ６３４２１４Ａ１、ＥＰ６３４２０９Ａ１およびＥＰ６３４２０８Ａ１参照）。シェル触媒を用いると、担体のコアに触媒活性種を担持させた触媒（「通して含浸された」）を用いたときと比較して、多くの場合、より選択的な反応制御が可能である。
【０００３】
例えば、酢酸ビニル単量体（ＶＡＭ）は、現在は主にシェル触媒によって高い選択性で製造される。ＶＡＭの製造のために現在用いられているシェル触媒の大部分は、球状に形成された天然層状ケイ酸塩系の多孔質の非晶質アルミノケイ酸塩担体であって、促進剤として酢酸カリウムを通して担体上にＰｄ／Ａｕシェルを有するシェル触媒含浸させた担体上にＰｄ／Ａｕシェルを有するシェル触媒である。これらの触媒のＰｄ／Ａｕ系においては、活性金属であるＰｄおよびＡｕは、おそらくそれぞれの純金属の金属粒子の形態では存在せず、非合金化粒子の存在を除外することはできないものの、むしろ、場合によっては異なる組成のＰｄ／Ａｕ合金粒子の形態で存在する。
【０００４】
ＶＡＭシェル触媒は、通常、いわゆる湿式化学経路によって、含浸によって製造される。湿式化学経路では、触媒担体を対応する金属化合物の溶液に、例えば担体を溶液につけることによって、または、担体にその細孔容積に対応する体積の溶液を例えば噴霧によって充填する、初期湿潤法（細孔充填法）によって浸漬する。金属化合物の塗布および固定の後、これらは低温で還元剤で処理され、したがって金属の形態に変換される。例えば、気相還元の枠組みの中で、エチレン、水素または窒素が１５０℃以上の温度で還元剤として用いられうる。
【０００５】
ＶＡＭシェル触媒のＰｄ／Ａｕシェルは、例えば、第１段階で、はじめに触媒担体成形体をＮａ２ＰｄＣｌ４溶液に浸漬し、次いで、第２段階で、ＮａＯＨ溶液を用いてＰｄ成分をＰｄ水酸化物化合物の形態で触媒担体上に固定することによって製造される。続く別途の第３段階では、前記触媒担体は、次いでＮａＡｕＣｌ４溶液に浸漬され、その後Ａｕ成分がＮａＯＨによって同様に固定される。また、例えば、はじめに担体を苛性アルカリ溶液に浸漬し、その後、前駆体化合物をこのように前処理された担体に塗布することも可能である。貴金属成分が触媒担体に固定された後、担持された触媒担体は、次いで塩化物イオンおよびＮａイオンがほとんどなくなるまで洗浄され、その後乾燥され、最後にエチレンで１５０℃で還元される。製造されたＰｄ／Ａｕシェルは、通常は約１００〜５００μｍの厚さであり、この際、通常はそのシェルの厚さが小さいほど、シェル触媒の生成物選択性は高くなる。
【０００６】
通常、貴金属が担持された触媒担体には、固定または還元の段階の後、次いで促進剤、例えば酢酸カリウムが担持され、この際、酢酸カリウムの担持は貴金属が担持された外側シェルにおいてのみ行われるのではなく、むしろ、触媒担体に促進剤が完全に通して含浸される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在の技術によれば、活性金属であるＰｄおよびＡｕは、担体のシェルの領域において、塩素化合物から開始され、浸漬によってこれに塗布される。しかしながら、この技術は、最小のシェルの厚さに関して、既にその限界に達している。このようにして製造されたＶＡＭ触媒の達成可能な最小のシェルの厚さは、よくても約１００μｍであり、浸漬によってさらに薄いシェルが得られうることは予測できない。加えて、浸漬によって製造された触媒は、貴金属粒子の平均分散が相対的に大きく、これは特に触媒の活性において不利な影響を与えうる。
【０００８】
さらに、プロセスガスによって触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置を用いたシェル触媒の製造方法が知られている。触媒活性を有する遷移金属の前駆体の塗布および還元は、したがって前記成形体の循環の間に行われうる。プロセスガスによって、例えば、成形体が循環する触媒担体成形体の流動床または流動層が形成される。その結果、相対的にシェルの厚さが小さい遷移金属担持触媒が製造されうる。
【０００９】
本発明の目的は、改善された選択性および活性を有するシェル触媒、ならびに対応するシェル触媒の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、少なくとも１種の遷移金属が金属の形態で含まれる外側シェルを有する多孔質触媒担体成形体を含むシェル触媒の、プロセスガスによって前記触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置を用いる製造方法であって、
触媒担体成形体を前記装置に投入し、プロセスガスによって前記触媒担体成形体の循環を生じさせることを含む、触媒担体成形体を提供する段階；
循環する触媒担体成形体の外側シェルに前記遷移金属前駆体化合物を含む溶液を６０〜９０℃の温度で噴霧することを含む、遷移金属前駆体化合物を触媒担体成形体の外側シェルに塗布する段階；および、
前記塗布の後、５０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃、より好ましくは８０〜１２０℃の温度で、プロセスガス中で還元することによって、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分を金属の形態に変換する段階であって、前記還元の温度および持続時間は、還元温度（℃）と還元時間（時間）との積が、５０〜１５００の範囲になるように選択される、段階；を含む、方法によって達成される。
【００１１】
したがって、前記方法は、触媒担体成形体を提供する段階、遷移金属前駆体化合物を前記触媒担体成形体の外側シェルに塗布する段階、および約５０〜５００℃の温度で、プロセスガス中で還元することによって、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分を金属の形態に変換する段階であって、前記還元の温度および持続時間は、還元温度（℃）と還元時間（時間）との積が、５０〜５０００、好ましくは６０〜２５００、より好ましくは８０〜２５００、さらに好ましくは８０〜２０００、より好ましくは１００〜１５００の範囲になるように選択される、段階によって実施されうる。本明細書中、触媒担体成形体は、触媒担体または成形体とも呼ばれる。
【００１２】
さらに、前記目的は、本明細書中に記載の実施形態の一つでありうるシェル触媒、または本明細書中に記載の実施形態の一つによる方法によって得られるシェル触媒、および本明細書中に記載の実施形態の一つによるシェル触媒の、酢酸ビニル単量体の製造方法における使用によって達成される。
【００１３】
課題のさらなる解決は、プロセスガスによって触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置の、本明細書中に記載された一実施形態によるシェル触媒の製造方法を実施するための、または本明細書中に記載された一実施形態によるシェル触媒の製造における、使用を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明による方法の一実施形態を実施するための装置の垂直断面図であり、ここで、プロセスガス中での触媒担体成形体の循環は、遷移金属前駆体化合物の塗布の間および前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換の間に行われる。
【図１Ｂ】図１Ａ中の１Ｂの符号が付された囲みの領域の拡大図である。
【図２Ａ】本発明による方法の一実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図２Ｂ】図２Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図３Ａ】本発明による方法の他の実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図３Ｂ】図３Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図４Ａ】本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図４Ｂ】図４Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図５Ａ】本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図５Ｂ】図５Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図６Ａ】本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図６Ｂ】図６Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図７Ａ】本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図７Ｂ】図７Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【図８Ａ】本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果である。
【図８Ｂ】図８Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
驚くべきことに、高い活性および選択性を有するシェル触媒が、本発明による方法で製造されうることが確立された。特に、遷移金属前駆体化合物の金属成分を約５０〜約５００℃の温度で還元すると、シェル触媒の有益な特性がもたらされる。
【００１６】
本発明によれば、例えばシェル触媒の活性および選択性を、例えば、金属前駆体化合物の還元の間の適当な温度を選択することによって、および／またはシェル触媒のシェルの適当な厚さを設定することによって、要請に従って設定することが可能になる。例えば、より高い還元温度によって、最終的なシェル触媒のより低い活性および／またはより高い選択性が達成されうる。さらに、相対的にシェルの厚さが小さい、遷移金属担持触媒が製造されうる。
【００１７】
一実施形態においては、遷移金属前駆体化合物の金属成分の還元は、プロセスガス中で、５０〜３００℃、６０〜２５０℃、８０〜２５０℃、８０〜２００℃および１００〜１５０℃：の範囲から選択される温度範囲で行われる。
【００１８】
一実施形態によれば、前記還元は、１〜１０時間、好ましくは５時間行われうる。前記方法のさらなる実施形態によれば、還元温度Ｔ（℃）と還元時間ｔ（時間）との商Ｔ／ｔが、５〜５００、好ましくは５〜３００、より好ましくは８〜２００、さらに好ましくは１０〜１５０または１２〜１８０の範囲である。特に好ましくは、還元温度Ｔ（℃）と還元時間ｔ（時間）との商Ｔ／ｔが、２０〜３０または３５〜４５０の範囲である。加えて、実施形態においては、前記還元は相互に関連する温度および還元持続時間で行われうる。
【００１９】
特に、遷移金属前駆体化合物の金属成分を不活性ガス下で、２５０℃超、例えば、３５０〜４５０℃の温度で還元すると、シェル触媒の有益な特性がもたらされる。加えて、特に、遷移金属前駆体化合物の金属成分をフォーミングガス下で、５０〜３００℃、好ましくは８０〜２５０℃、より好ましくは８０〜２００℃、最も好ましくは約１００〜１５０℃の温度で還元すると、製造されるシェル触媒の有益な特性が得られる。
【００２０】
前記方法の実施形態によれば、遷移金属前駆体化合物の塗布は、遷移金属前駆体化合物を含む溶液を室温で噴霧することによって行われる。含浸された触媒前駆体が形成される。このように製造されたシェル触媒の特に有益な特性が、特に、フォーミングガス下で、５０〜５００℃、好ましくは５０〜３００℃または１００〜１５０℃、より好ましくは５０〜１４０℃、より好ましくは８０〜１２０℃の温度で、および、不活性ガス下で、好ましい温度範囲である３５０〜４５０℃で、遷移金属前駆体化合物の金属成分を還元することによって達成される。
【００２１】
他の実施形態においては、遷移金属前駆体化合物の塗布は、遷移金属前駆体化合物および溶媒を含む溶液を、室温よりも高い温度で、例えば、約５０〜約１２０℃、好ましくは約６０〜約１００℃、特に好ましくは約６０〜約９０℃で噴霧することによって、溶媒の連続的な蒸発を伴って行われうる。いわゆる「コートされた」触媒前駆体がこれによって製造される。特に、遷移金属前駆体化合物の金属成分を５０〜５００℃、好ましくは５０〜３００℃、より好ましくは８０〜２５０℃、より好ましくは８０〜２００℃、最も好ましくは約１００℃〜１５０℃の温度で還元することによって、このように製造されたシェル触媒の特に有益な特性が得られる。特に好ましくは、前記還元は、５０℃〜１５０℃、好ましくは５０℃〜１４０℃、より好ましくは８０℃〜１２０℃の温度で行われる。コートされた触媒前駆体の遷移金属前駆体化合物の金属成分の還元が不活性ガス下で行われる場合、最終的なシェル触媒の特に望ましい活性および選択性が、１２０〜３５０℃、例えば１５０〜３５０℃または１５０〜２８０℃の温度範囲で達成されうる。コートされた触媒前駆体の遷移金属前駆体化合物の金属成分の還元がフォーミングガス下で行われる場合、１２０〜１８０℃、より好ましくは約１５０℃の温度範囲で、最終的なシェル触媒の特に望ましい活性および選択性がもたされうる。遷移金属前駆体化合物および溶媒を含む溶液の噴霧および溶媒の連続的な蒸発は、触媒成形体の循環の間に行われうる。
【００２２】
実施形態によれば、前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の還元は、相互に関連する温度および還元持続時間で行われうる。製造される触媒の活性および／または選択性に対する、高い還元温度および短い還元持続時間の効果は、つまり、例えば比較的低い温度およびより長い還元持続時間での還元によっても達成されうる。
【００２３】
例えば、前記還元は、プロセスガス、例えば、フォーミングガスまたは不活性ガスを用いて、相互に関連する温度および還元持続時間で、約５０〜約５００℃、好ましくは７０〜４５０℃の温度範囲、特には５０〜２５０℃または５０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃、より好ましくは８０〜１２０℃の温度および約１０時間〜約１時間の還元持続時間の範囲で、行われうる。
【００２４】
含浸された触媒前駆体の場合、一例によれば、前記還元は、最終的なシェル触媒の特に望ましい活性および選択性を得るために、相互に相関する温度および還元持続時間で、４００℃で、５時間の還元持続時間で行われうる。５００℃で１時間の短縮された還元持続時間、または２５０℃で１０時間の延長された持続時間であっても、含浸された触媒前駆体から始める本発明による方法によれば所望の効果が得られる。
【００２５】
他の例においては、コートされた触媒前駆体から始めて、前記還元は、相互に相関する温度および還元持続時間で、５０〜５００℃の温度範囲および１０〜１時間の還元持続時間の範囲で行われうる。コートされた触媒前駆体の場合、一例によれば、最終的なシェル触媒の特に望ましい活性および選択性を得るために、前記還元は、約１５０℃で、約２〜１０時間、例えば４時間の還元時間で行われうる。約２５０℃で、１〜５時間の短縮された還元持続時間であっても、コートされた触媒前駆体から始める本発明による方法によれば所望の効果が得られる。
【００２６】
一実施形態においては、前記プロセスガスは、不活性ガス、不活性ガスと還元効果を有する成分とのガス混合物、およびフォーミングガスからなる群から選択されるガスである。さらに、本明細書中に記載された実施形態の一つによる方法においては、前記遷移金属前駆体化合物の塗布および前記遷移金属前駆体化合物の金属の形態への変換は、同時に、または順々に、行われうる。
【００２７】
前記方法の実施形態においては、前記遷移金属前駆体化合物の塗布の間および／または前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換の間に、触媒担体成形体の循環が、例えば、プロセスガスおよび／または他のガスによって行われる。その結果、相対的に小さいシェルの厚さ、例えば、３００μｍ未満の厚さから、１５０μｍ未満の厚さを有する遷移金属担持触媒が製造されうる。さらに、遷移金属前駆体化合物の溶液の触媒担体上への特に均一なデポジションが可能になりうる。
【００２８】
前記方法または装置の使用の実施形態においては、触媒担体成形体は、循環の間、楕円形またはトロイダル形に循環し、前記循環は、少なくとも１つの流動床中で、または少なくとも１つの流動層中で行われうる。
【００２９】
本明細書中に記載される実施形態によれば、前記方法は、プロセスガスによって前記触媒担体成形体の循環を生じさせるために設置された装置を用いて行われ、ここで前記提供は、触媒担体成形体を前記装置に供給し、プロセスガスによって前記触媒担体成形体の循環を生じさせることを含み、前記塗布は、循環する触媒担体成形体に前記遷移金属前駆体化合物を含む溶液を噴霧することによって前記触媒担体成形体の外側シェルに前記遷移金属前駆体化合物を含浸させることを含む。
【００３０】
さらに、前記装置は、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換の間に、例えば、プロセスガスおよび／または触媒担体成形体を加熱することによって、本発明による温度を与えるために設置されうる。前記遷移金属前駆体化合物の循環する成形体への塗布は、特に好適なシェル触媒のシェルを得るために、例えば約６０℃または７０℃から約９０℃で行われてもよく、一方、金属成分の還元は約５０〜約５００℃、好ましくは約５０〜約１５０℃または約５０〜約１４０℃、より好ましくは約８０〜約１２０℃の温度で行われうる。
【００３１】
プロセスガスが不活性ガスであり、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換が約３５０〜４５０℃、例えば４５０℃で行われる一実施形態によれば、特に高い選択性および活性を有するシェル触媒が、触媒担体成形体の循環を達成する方法によって得られる。プロセスガスが還元効果を有するプロセスガス、例えばフォーミングガスであり、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換が、例えば、触媒担体成形体の循環を伴って、３５０℃超、例えば、３８０〜４２０℃、または約１５０〜約４５０℃、好ましくは２００〜４００℃、より好ましくは２５０〜３５０℃の温度で、還元効果を有するプロセスガスを用いて還元することによって行われる一実施形態によれば、特に高い選択性および活性を有するシェル触媒が同様に得られる。
【００３２】
製造しようとするシェル触媒がシェルにいくつかの異なる遷移金属、例えばいくつかの活性金属、または１つの活性金属と１つの促進剤金属と、を含むようにするためには、触媒担体成形体に、例えば、対応する回数で本発明による方法が実施されうる。または、本発明による方法はまた、異なる金属の遷移金属前駆体化合物を含む混合溶液を用いて実施されうる。さらに、本発明による方法は、触媒担体に異なる金属の前駆体化合物のいくつかの溶液を同時に噴霧することによって実施されうる。
【００３３】
したがって、一実施形態においては、前記方法は還元効果を有するプロセスガスを用いて実施される。そのため、例えば、前記方法がプロセスガスによる成形体の循環を伴って行われる場合、遷移金属前駆体化合物の金属成分が触媒担体上にデポジットされた後直ちに還元され、その結果、担体に固定されることが可能になる。
【００３４】
本発明による方法において用いられうる還元効果を有するプロセスガスは、例えば、還元効果を有する成分の他に不活性ガスを含むガス混合物である。還元速度は、したがって、ある程度まではシェルの厚さも、とりわけ還元効果を有する成分のガス混合物における比率によって設定されうる。
【００３５】
一実施形態においては、窒素、二酸化炭素および希ガス、好ましくはヘリウムおよびアルゴンから選択されるガス、またはこれらのガスの２以上の混合物が不活性ガスとして用いられる。
【００３６】
還元効果を有する成分は、通常は還元される金属成分の性質に従って選択されるが、好ましくは、エチレン、水素、ＣＯ、ＮＨ３、ホルムアルデヒド、メタノール、ギ酸および炭化水素からなるガスまたは気化できる液体の群から選択される、またはこれらのガス／液体の２以上の混合物である。
【００３７】
特に還元される金属成分である貴金属については、水素と窒素またはアルゴンとのガス混合物が好ましく、好ましくは水素含有量が１〜１５体積％のものである。還元効果を有するプロセスガスは、例えばフォーミングガス、すなわちＮ２とＨ２とのガス混合物でありうる。例えば、前記方法は、プロセスガスとして窒素に水素（５体積％）を含むガスを用いて、例えば約３５０℃超の温度で、例えば５時間にわたって実施される。
【００３８】
例えば、前記方法が還元効果を有するプロセスガスを用いて行われる実施形態においては、触媒成形体を提供する段階およびこれに遷移金属前駆体化合物を塗布する段階は、湿式化学経路、すなわち含浸によって行われうる。例えば、触媒担体は、対応する金属化合物の溶液に、例えば担体を溶液につけることによって、または初期湿潤法（細孔充填法）によって、浸漬される。
【００３９】
ＶＡＭシェル触媒のＰｄ／Ａｕシェルは、例えば含浸によって、第１段階で、はじめに触媒担体成形体をＮａ２ＰｄＣｌ４溶液に浸漬し、次いで、第２段階で、塩基性溶液または苛性アルカリ溶液を用いてＰｄ成分をＰｄ水酸化物化合物の形態で触媒担体上に固定することによって製造される。続く別途の第３段階では、触媒担体は、次いでＮａＡｕＣｌ４溶液に浸漬され、その後Ａｕ成分が塩基性溶液または苛性アルカリ溶液によって同様に固定される。また、例えば、はじめに担体を苛性アルカリ溶液に浸漬し、その後、前駆体化合物をこのように前処理された担体に塗布することも可能である。貴金属成分が触媒担体に固定された後、担持された触媒担体は、次いで塩化物イオンおよびＮａイオンがほとんどなくなるまで洗浄され、その後乾燥される。最後に、本明細書中に記載された実施形態によるＰｄ／Ａｕ前駆体化合物の金属成分の還元を行う。
【００４０】
触媒成形体の提供およびこれへの遷移金属前駆体化合物の塗布はまた、他の型の含浸、例えば、以下の手順にしたがって行われうる：ＶＡＭシェル触媒のＰｄ／Ａｕシェルの製造のためには、例えば、Ｎａ２ＰｄＣｌ４およびＮａＡｕＣｌ４がＨ２Ｏを含む溶液とされ、その中で触媒担体成形体が、例えば、Ｒｏｔａｖａｐｏｒ中で回転される。加えて、塩基性溶液を用いた、例えばＮａＯＨを用いた固定が、中間の乾燥をせずに行われる。塩基性溶液は、含浸の前または後に成形体に塗布されうる。最後に、含浸された成形体は、洗浄、乾燥され、例えば還元効果を有するプロセスガスを用いて還元される。
【００４１】
実施形態においては、アルカリ水酸化物、アルカリ重炭酸塩、アルカリ炭酸塩、アルカリケイ酸塩、または混合物が塩基性溶液として用いられうる。水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸カリウムが好ましく用いられる。
【００４２】
通常、貴金属が担持された触媒担体に、次に促進剤、例えば、酢酸カリウムが、固定または還元する段階の後、担持され、この際、酢酸カリウムの担持は貴金属が担持された外側シェルにおいてのみ行われうるのではなく、むしろ、触媒担体に促進剤が完全に通して含浸される。
【００４３】
成形体の循環が一実施形態の方法で行われる場合、触媒活性を有する遷移金属の前駆体の塗布および／または還元は、前記成形体の循環の間に行われうる。例えば、前記方法は、例えば、窒素をプロセスガスとして用いて、成形体の循環を伴って実施される。遷移金属前駆体化合物の塗布は、例えば、約５０〜約１５０℃で、成形体の循環を伴って行われ、塗布が終わったら、還元を達成するために温度が還元温度、例えば１５０℃に設定される。遷移金属前駆体化合物の塗布はまた、成形体の循環なしに行われてもよく、成形体の循環はプロセスガス中での還元のためだけに行われる。さらに、遷移金属前駆体化合物の還元は、成形体の循環なしに行われてもよく、遷移金属前駆体化合物の塗布は成形体の循環の間に行われてもよい。
【００４４】
一実施形態によれば、触媒担体成形体の循環を達成する装置を用いる方法において、前記プロセスガスは不活性ガスであり、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換は、３５０℃超、例えば、約４５０℃で行われる。したがって、遷移金属化合物の塗布および金属成分の還元は、同時に行われうるが、順々に行われてもよい。
【００４５】
他の実施形態においては、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換は、プロセスガス中で、例えば、１５０〜４５０℃の温度で、静止固定層中で行われてコートされた成形体が製造され、遷移金属前駆体化合物の塗布は循環を伴って行われうる。
【００４６】
一実施形態においては、前記プロセスガスは、還元効果を有するプロセスガス、例えばフォーミングガスであり、遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換は、還元効果を有するプロセスガスを用いて、５０〜５００℃、例えば、１２０〜１８０℃、例えば約１５０℃の温度で還元することによって行われる。この実施形態が循環なしで行われる場合、装置は、触媒担体成形体を循環させずに用いられるが、本発明による温度を与えるために設置される。
【００４７】
「触媒担体成形体」、「触媒担体」、「成形体」および「担体」の用語は、本発明の枠組みの中で同義語として用いられる。
【００４８】
前記方法の一実施形態においては、触媒担体成形体の循環は、ガスおよび／またはプロセスガスによって、触媒担体成形体の少なくとも１つの流動床または少なくとも１つの流動層を形成することによって達成される。その結果、遷移金属前駆体化合物の溶液の触媒担体上への特に均一なデポジションが可能になる。
【００４９】
本明細書中に記載される実施形態による本発明による方法を実施するための適当な流動床または流動層は現在知られており、例えば、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ  Ｂｒｕｃｋｓ  ＧｍｂＨ（アールフェルト、ドイツ）、ＥＲＷＥＫＡ  ＧｍｂＨ（ホイゼンシュタム、ドイツ）、Ｓｔｅｃｈｅｌ（ドイツ）、ＤＲＩＡＭ  Ａｎｌａｇｅｎｂａｕ  ＧｍｂＨ  （エリスキルヒ、ドイツ）、Ｇｌａｔｔ  ＧｍｂＨ（ビンツェン、ドイツ）、Ｇ．Ｓ．Ｄｉｖｉｓｉｏｎｅ  Ｖｅｒｎｉｃｉａｔｕｒａ（オステリア、イタリア）、ＨＯＦＥＲ−Ｐｈａｒｍａ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ  ＧｍｂＨ（ヴェイル  アム  ライン、ドイツ）、Ｌ．Ｂ．Ｂｏｈｌｅ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ＋Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ  ＧｍｂＨ（Ｅｎｎｉｎｇｅｒｌｏｈ、ドイツ）、Ｌoｄｉｇｅ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ  ＧｍｂＨ（パーダーボルン、ドイツ）、Ｍａｎｅｓｔｙ（マージーサイド、英国）、Ｖｅｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（マリオン、アイオワ州、米国）、Ａｅｒｏｍａｔｉｃ−Ｆｉｅｌｄｅｒ  ＡＧ（ブーベンドルフ、スイス）、ＧＥＡ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ハンプシャー、英国）、Ｆｌｕｉｄ  Ａｉｒ  Ｉｎｃ．（オーロラ、イリノイ州、米国）、Ｈｅｉｎｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＧｍｂＨ（ファーレル、ドイツ）、Ｈuｔｔｌｉｎ  ＧｍｂＨ（シュタイネン、ドイツ）、Ｕｍａｎｇ  Ｐｈａｒｍａｔｅｃｈ  Ｐｖｔ．Ｌｔｄ．（マハーラーシュトラ、インド）およびＩｎｎｏｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（イノジェットテクノロジーズ）（レラハ、ドイツ）から販売されている。
【００５０】
本発明による方法の一実施形態によれば、ガスまたはプロセスガスによる循環のために、成形体が楕円形またはトロイダル形に、好ましくはトロイダル形に循環する、触媒担体成形体の流動層が形成される。したがって、デポジットしようとする溶液の特に均一なデポジションが可能になり、その結果、この実施形態によれば特に均一なシェルの厚さを有するシェル触媒が得られうる。楕円形にまたはトロイダル形に循環する成形体は、１〜５０ｃｍ／ｓの速度、好ましくは３〜３０ｃｍ／ｓの速度、好ましくは５〜２０ｃｍ／ｓの速度で循環しうる。
【００５１】
本発明による方法の実施形態を実施するための流動層装置は、例えば、ＷＯ２００６／０２７００９Ａ１、ＤＥ１０２４８１１６Ｂ３、ＥＰ０３７０１６７Ａ１、ＥＰ０４３６７８７Ｂ１、ＤＥ１９９０４１４７Ａ１、ＤＥ２０２００５００３７９１Ｕ１に記載されており、その内容は参照によって本発明に組み込まれる。本発明による方法の実施形態を実施するために特に好適な流動層装置は、イノジェットテクノロジーズ社よりＩｎｎｏｊｅｔ（登録商標）ＶｅｎｔｉｌｕｓまたはＩｎｎｏｊｅｔ（登録商標）ＡｉｒＣｏａｔｅｒ（イノジェット（登録商標）エアコーター）の名称で販売されている。これらの装置は、中央に例えば噴霧ミストを生じさせるための噴霧ノズルが装着された、固定して動かないように設置された容器底部を有する円筒状の容器を含む。前記底部は、互いの上に段階的に配置された円板から構成される。これらの装置では、ガスは、それぞれの板の間を偏心して、円周方向の流れ成分を伴って、容器の壁に向かって外側に、水平に容器内に流れる。その上を触媒担体成形体が最初に容器の壁に向かって外側に運ばれる、いわゆる空気ガイド層が形成される。この例では、触媒担体を上方に偏向させる、垂直に配向したガス流が、容器の壁に沿って外側に設置される。上端に到達すると、触媒担体は、底部の中心に向かって戻るほぼ接線の経路に移り、そのコース上において、これらはノズルの噴霧ミストを通過する。噴霧ミストを通過した後、上述の運動工程が再び開始される。上述のガスのガイドは、触媒担体の、概して均一な、トロイダル形の流動層様の循環運動の基礎を提供する。
【００５２】
従来の流動床と異なって、噴霧ミスト中の成形体に噴霧することと、流動層中での触媒担体の楕円形またはトロイダル形の運動とを組み合わせた作用の効果は、それぞれの触媒担体が噴霧ノズルをほぼ同一の頻度で通過することである。加えて、このような循環工程はまた、それぞれの触媒担体がそれ自体の軸の周りを回転することを確実にし、したがって触媒担体が特に均一に含浸されうる。
【００５３】
本発明による方法の一実施形態によれば、触媒担体成形体は流動層において楕円形またはトロイダル形に、好ましくはトロイダル形に循環する。成形体が流動層においてどのように動くかを提示するために、「楕円形の循環」の場合、触媒担体成形体は流動層中で長軸と短軸との大きさが変化する楕円形の経路上を垂直面内で移動するといえる。「トロイダル形の循環」の場合、触媒担体成形体は流動層中で、長軸と短軸との大きさが変化する楕円形の経路上を垂直面内で、および半径の大きさが変化する円形の経路上を水平面内で移動する。平均すると、成形体は、「楕円形の循環」の場合、楕円形の経路上を垂直面内で移動し、「トロイダル形の循環」の場合、トロイダル形の経路上を移動する、すなわち、成形体は垂直方向に楕円形の断面を有するらせん状のトーラス（円環）の表面を進む。
【００５４】
触媒担体成形体が楕円形またはトロイダル形に循環する触媒担体成形体の流動層を、プロセス工学の観点から簡単であり、したがって安価な方法で形成するために、本発明による方法の一実施形態によれば、前記装置は、底部および側壁を有するプロセスチャンバを含み、ガスおよび／またはプロセスガスは、外側に向かって半径方向に配列した実質的に水平方向の運動成分を伴って、例えば、間に環状スロットが形成され、互いの上に配置された数枚の重なり合う環状ガイド板から構成された、プロセスチャンバの底部を通って、プロセスチャンバに供給される。
【００５５】
ガスおよび／またはプロセスガスが、外側に向かって半径方向に配列した水平方向の運動成分を伴ってプロセスチャンバに供給されるため、流動層中の触媒担体の楕円形の循環がもたらされる。成形体を流動層中でトロイダル形に循環させる場合には、成形体はまた、成形体を円形の経路上を進ませる円周運動成分をさらに受けうる。成形体は、例えば、触媒担体を偏向させるために適当に配列させたガイドレールを側壁に取り付けることによって、この円周運動成分を受けうる。しかしながら、本発明による方法のさらなる実施形態によれば、プロセスチャンバに供給されたガスおよび／またはプロセスガスは、円周の流れ成分を受ける。これによって、触媒担体成形体がトロイダル形に循環する触媒担体成形体の流動層の形成が、プロセス工学の観点から簡単であり、したがって安価な方法で可能になる。
【００５６】
プロセスチャンバに供給されたガスおよび／またはプロセスガスに円周の流れ成分を与えるために、本発明による方法の一実施形態によれば、適当に成形され、配列されたガスガイド部材が、環状ガイド板の間に配置される。これに代えて、またはこれに加えて、上方に向かって対角線上に配列した運動成分を有するさらなるガスおよび／またはプロセスガスを、例えばプロセスチャンバの側壁の領域において、プロセスチャンバの底部を通してプロセスチャンバに供給することによって、プロセスチャンバに供給されたガスおよび／またはプロセスガスに円周の流れ成分を与えることができる。
【００５７】
循環する触媒担体成形体は、噴霧雲状体を噴霧する環状ギャップノズルによって、噴霧雲状体またはその対称面が装置の底面に対して実質的に平行になるように、溶液が噴霧される。噴霧雲状体が３６０°の周囲になることにより、成形体に溶液が特に均一に噴霧されうる。環状ギャップノズル、すなわち、その開口部は、例えば、成形体に完全に埋め込まれる。
【００５８】
本発明による方法の一実施形態によれば、環状ギャップノズルは底部において中心に配置され、環状ギャップノズルの開口部は循環する触媒担体に完全に埋め込まれる。これによって、噴霧雲状体が循環する成形体に接触するまでに噴霧雲状体の液滴によっておおわれる距離を相対的に短くし、したがって、液滴が、ほぼ均一なシェルの厚さの形成の妨げとなりうる、より大きい液滴にまとまるための時間が相対的に少ししか残らないようにすることができる。
【００５９】
成形体の循環を含む、本発明による方法の一実施形態によれば、ガスサポートクッションが噴霧雲状体の下側に形成されうる。この底部のクッションは、底部の表面に噴霧された溶液がほとんどないように保ち、そのため、噴霧された溶液のほとんどすべてが循環する成形体に導入され、その結果、噴霧ロスがほとんど生じず、これはコストの理由から、特に高価な貴金属前駆体化合物については重要である。
【００６０】
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、触媒担体は球状に形成される。これによって、循環の間、担体のその軸の周りの均一な回転および付随して触媒担体への触媒活性種の溶液の均一な含浸が可能になる。
【００６１】
本発明による方法の実施形態においては、任意の形状の多孔質成形体を触媒担体として用いることができ、この際、前記担体は任意の材料または材料混合物から形成されうる。一実施形態においては、触媒担体は、少なくとも１種の金属酸化物を含むものが用いられる、または金属酸化物もしくは金属酸化物の混合物から形成される。例えば、前記触媒担体は、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、アルミノケイ酸塩、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブまたは天然層状ケイ酸塩、または焼成酸処理ベントナイトを含む。
【００６２】
「天然層状ケイ酸塩」は、「フィロケイ酸塩」の用語もまた文献で用いられているが、全てのケイ酸塩の構造基本単位を形成するＳｉＯ４四面体が、一般式［Ｓｉ２Ｏ５］２−の層において互いに架橋された、天然源からの未処理または処理されたケイ酸塩鉱物を意味する。これらの四面体層は、カチオン、主にＡｌおよびＭｇがＯＨまたはＯによって八面体に囲まれているいわゆる八面体層と交互に積層される。例えば、２層のフィロケイ酸塩と３層のフィロケイ酸塩との間で区別される。本明細書中に記載される実施形態の枠組みの中で用いられる層状ケイ酸塩は、例えば、粘土鉱物、特にカオリナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、ノントロナイト、マイカ、バーミキュライトおよびスメクタイトであり、この際、スメクタイト、特にモンモリロナイトが特に好適である。「層状ケイ酸塩」の用語の定義は、例えば、“Ｌｅｈｒｂｕｃｈ  ｄｅｒ  ａｎｏｒｇａｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ”，Ｈｏｌｌｅｍａｎｎ  Ｗｉｂｅｒｇ，ｄｅ  Ｇｒｕｙｔｅｒ，１０２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，２００７（ＩＳＢＮ  ９７８−３−１１−０１７７７０−１）または“Ｒoｍｐｐ  Ｌｅｘｉｋｏｎ  Ｃｈｅｍｉｅ”，１０ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｇｅｏｒｇ  Ｔｈｉｅｍｅ  Ｖｅｒｌａｇにおいて、「Ｐｈｙｌｌｏｓｉｌｉｋａｔ」の名前で見出される。担体材料として使用される前に天然層状ケイ酸塩に対して行われる典型的な処理としては、例えば酸を用いた処理および／または焼成が挙げられる。特に好適な天然層状ケイ酸塩はベントナイトである。確かに、ベントナイトは実際には天然層状ケイ酸塩ではなく、むしろ主に層状ケイ酸塩を含む粘土鉱物の混合物である。したがって、天然層状ケイ酸塩がベントナイトであるという場合、天然層状ケイ酸塩が触媒担体中にベントナイトの形態で、またはその成分として存在していると理解されるべきである。
【００６３】
酸処理ベントナイトは、ベントナイトを例えば硫酸、リン酸または塩酸などの強酸で処理することによって得られうる。本発明の枠組みの中でも有効なベントナイトの用語の定義は、Ｒoｍｐｐ，Ｌｅｘｉｋｏｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，１０ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｇｅｏｒｇ  Ｔｈｉｅｍｅ  Ｖｅｒｌａｇに与えられる。本明細書中に記載される実施形態の枠組みの中で使用されるベントナイトは、主な鉱物としてモンモリロナイト（スメクタイトとして）を含む天然アルミニウム含有層状ケイ酸塩である。酸処理後、ベントナイトは一般に水で洗浄され、乾燥され、粉末にすりつぶされる。
【００６４】
触媒の相対的に大きいシェルの厚さもまた本発明による方法によって達成されうることがわかった。実際、担体の表面積が小さいほど、達成可能なシェルの厚さは大きくなる。一実施形態によれば、触媒担体の表面積は、１６０ｍ２／ｇ以下、好ましくは１４０ｍ２／ｇ未満、好ましくは１３５ｍ２／ｇ未満、さらに好ましくは１２０ｍ２／ｇ未満、より好ましくは１００ｍ２／ｇ未満、さらにより好ましくは８０ｍ２／ｇ未満、特に好ましくは６５ｍ２／ｇ未満でありうる。触媒担体の「表面積（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）」は、本発明の枠組みの中で、ＤＩＮ６６１３２に従って窒素の吸着によって決定される担体のＢＥＴ表面積を意味する。
【００６５】
本発明による方法の実施形態の枠組みの中で、触媒担体は、担体の循環の間に機械的な負荷応力を受け、これは特に得られたシェルの領域において、触媒担体のある程度の損傷に加えて、ある程度の摩耗につながりうる。特に触媒担体の摩耗を低減するために、一実施形態によれば、触媒担体は、２０Ｎ以上、好ましくは３０Ｎ以上、さらに好ましくは４０Ｎ以上、最も好ましくは５０Ｎ以上の硬度を有する。硬度はＤｒ．Ｓｃｈｌｅｕｎｉｇｅｒ  Ｐｈａｒｍａｔｒｏｎ  ＡＧの８Ｍ錠剤硬度試験機によって確認され、１３０℃で２時間乾燥させた後、９９の成形体の平均を決定する。ここで装置の設定は以下の通りである：
硬度：Ｎ
成形体からの距離：５．００ｍｍ
遅延時間：０．８０ｓ
フィードタイプ：６Ｄ
速度：０．６０ｍｍ／ｓ。
【００６６】
触媒担体の硬度は、例えば担体材料の選択、対応する担体混合物から形成される未硬化の成形体の焼成持続時間および／または焼成温度を通して、例えばその製造方法の特定のパラメータを変更することによって、または、特に、例えばメチルセルロースまたはステアリン酸マグネシウムなどの充填剤によって、影響されうる。
【００６７】
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、循環に用いられるガスまたはプロセスガスは、中でも、例えばヘリウム、アルゴンなどの高価なガスの場合、閉ループによって装置へ再利用されうる。
【００６８】
本発明による方法の一実施形態によれば、触媒担体は、遷移金属前駆体化合物の塗布の前および／または塗布の間に加熱される。これは、例えば、循環に用いられ、あらかじめ加熱されたガスまたはプロセスガスによって達成されうる。デポジットされた遷移金属前駆体化合物の溶液の蒸発速度は、触媒担体の加熱の程度によって決定されうる。例えば、相対的に低い温度では、蒸発速度は相対的に小さく、その結果、対応する定量的なデポジションでは、溶媒の存在によって生じる金属化合物の高い拡散によって、より大きい厚さのシェルが形成されうる。例えば、相対的に高い温度では、乾燥速度は相対的に大きく、その結果、触媒担体に接触する溶液はほとんどすぐに蒸発し、そのため触媒担体上にデポジットされた溶液は触媒担体内に深く浸透することができない。相対的に高い温度では、したがって、相対的に厚さが小さく、金属担持量が高いシェルが得られうる。
【００６９】
本発明による方法によって得られるシェル触媒のシェルの厚さは、したがって、本発明による方法が実施される温度に影響されうる。実際、前記方法がより高い温度で実施されるとより薄いシェルが通常得られ、一方より低い温度ではより厚いシェルが通常得られる。一実施形態によれば、例えば、遷移金属前駆体化合物の塗布の間にプロセスガスがすでに成形体に接触する実施形態においては、したがって、例えば、本発明による方法が行われる装置に供給される前に、ガスまたはプロセスガスが加熱される。例えば、プロセスガスは、８０〜２００℃の温度に加熱されてもよく、または前駆体化合物の金属成分の還元の間にすでに使用される温度になっていてもよい。
【００７０】
噴霧雲状体の液滴が早く乾燥しすぎることを防ぐために、本発明による方法の一実施形態によれば、プロセスガスに、遷移金属前駆体化合物の塗布のために、装置に供給される前に、装置内に噴霧される遷移金属前駆体化合物の溶液の溶媒が、好ましくは飽和蒸気圧（プロセス温度で）の１０〜５０％の範囲で添加されうる。
【００７１】
任意の遷移金属の金属化合物の溶液が、本発明による方法の実施形態において用いられうる。前記遷移金属前駆体化合物の溶液は、遷移金属前駆体化合物として貴金属化合物を含みうる。
【００７２】
本発明による方法の一実施形態によれば、前記貴金属化合物は、貴金属のハロゲン化物、特に塩化物、酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、ギ酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、乳酸塩、水酸化物、炭酸水素塩、リン酸水素塩、亜硫酸塩、アミン錯体または有機錯体、例えばトリフェニルホスフィン錯体またはアセチルアセトン錯体、およびアルカリ金属塩から選択される。一実施形態においては、前記遷移金属前駆体化合物または前記貴金属化合物は塩素を含まない。
【００７３】
酸化反応のためのシェル触媒を製造するために、本発明による方法の一実施形態によれば、前記遷移金属前駆体化合物の溶液は遷移金属前駆体化合物としてＰｄ化合物を含む。
【００７４】
さらに、本発明による方法の実施形態によるシェル触媒を製造するために、前記遷移金属前駆体化合物の溶液は、Ｐｄ化合物、Ａｕ化合物、Ｐｔ化合物、Ａｇ化合物、Ｎｉ化合物、Ｃｏ化合物およびＣｕ化合物から選択される少なくとも１つの化合物を遷移金属前駆体化合物として含む。
【００７５】
ＰｄおよびＡｕに基づくＶＡＭシェル触媒の製造のための現在開示されている方法においては、Ｎａ２ＰｄＣｌ４、ＮａＡｕＣｌ４またはＨＡｕＣｌ４溶液などの市販の前駆体化合物の溶液が通常用いられる。より最近の文献においては、例えばＰｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２、Ｐｄ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２およびＫＡｕＯ２などの塩素を含まないＰｄまたはＡｕ前駆体化合物もまた用いられる。これらの前駆体化合物は、溶液中で塩基として反応し、一方、標準的な塩化物塩、硝酸塩および酢酸塩の前駆体化合物はすべて溶液中で酸として反応する。
【００７６】
原理上は、ＶＡＭ合成に要求される金属粒子の高い程度の分散が達成されうる、任意のＰｄまたはＡｕ化合物が、ＰｄおよびＡｕ前駆体化合物として用いられうる。「分散の程度」は、金属／合金粒子の全ての金属原子の総数に対する、金属担持触媒の全ての金属／合金粒子のすべての表面の（関連する金属の）金属原子の数の比を意味する。分散の程度は、可能なかぎり多くの金属原子が触媒反応に自由に利用できるため、相対的に高い数値に対応しうる。これは、金属担持触媒の分散の程度が相対的に高ければ、使用される金属が比較的少量でも、その特異的な触媒活性が達成されうることを意味する。
【００７７】
Ｐｄ前駆体化合物の例は、水溶性Ｐｄ塩である。本発明による方法の一実施形態によれば、前記Ｐｄ前駆体化合物は、Ｈ２ＰｄＣｌ４、Ｋ２ＰｄＣｌ４、（ＮＨ４）２ＰｄＣｌ４、Ｐｄ（ＮＨ３）４Ｃｌ２、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＨＣＯ３）２、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＨＰＯ４）、アンモニウムＰｄオキサレート、Ｐｄシュウ酸塩、Ｋ２Ｐｄ（オキサレート）２、Ｐｄ（ＩＩ）トリフルオロ酢酸塩、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２、Ｐｄ（ＮＯ３）２、Ｋ２Ｐｄ（ＯＡｃ）２（ＯＨ）２、Ｐｄ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２、Ｋ２Ｐｄ（ＮＯ２）４、Ｎａ２Ｐｄ（ＮＯ２）４、Ｐｄ（ＯＡｃ）２、ＰｄＣｌ２およびＮａ２ＰｄＣｌ４からなる群から選択される。Ｐｄ（ＯＡｃ）２に加えて、パラジウムの他のカルボン酸塩もまた用いられ、好ましくは炭素原子数が３〜５の脂肪族モノカルボン酸の塩、例えばプロピオン酸塩または酪酸塩である。
【００７８】
Ａｕ前駆体化合物の例は、水溶性Ａｕ塩である。本発明による方法の一実施形態によれば、前記Ａｕ前駆体化合物は、ＫＡｕＯ２、ＮａＡｕＯ２、ＫＡｕＣｌ４、（ＮＨ４）ＡｕＣｌ４、ＮａＡｕ（ＯＡｃ）３（ＯＨ）、ＨＡｕＣｌ４、ＫＡｕ（ＮＯ２）４、ＡｕＣｌ３、ＮａＡｕＣｌ４、ＫＡｕ（ＯＡｃ）３（ＯＨ）、ＨＡｕ（ＮＯ３）４およびＡｕ（ＯＡｃ）３からなる群から選択される。金酸溶液から酸化物／水酸化物を沈殿させ、沈殿を洗浄し、分離し、これを酢酸またはＫＯＨに取ることによって、毎回新しくＡｕ（ＯＡｃ）３またはＫＡｕＯ２を調製することが好ましく、推奨される。
【００７９】
Ｐｔ前駆体化合物の例は、水溶性Ｐｔ塩である。本発明による方法の一実施形態によれば、前記Ｐｔ前駆体化合物は、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２、Ｐｔ（ＮＯ３）２、Ｋ２Ｐｔ（ＯＡｃ）２（ＯＨ）２、Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２、ＰｔＣｌ４、Ｈ２Ｐｔ（ＯＨ）６、Ｎａ２Ｐｔ（ＯＨ）６、Ｋ２Ｐｔ（ＯＨ）６、Ｋ２Ｐｔ（ＮＯ２）４、Ｎａ２Ｐｔ（ＮＯ２）４、Ｐｔ（ＯＡｃ）２、ＰｔＣｌ２、Ｋ２ＰｔＣｌ４、Ｈ２ＰｔＣｌ６、（ＮＨ４）２ＰｔＣｌ４、（ＮＨ３）４ＰｔＣｌ２、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＨＣＯ３）２、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＨＰＯ４）、Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２およびＮａ２ＰｔＣｌ４からなる群から選択される。Ｐｔ（ＯＡｃ）２に加えて、白金の他のカルボン酸塩もまた用いられ、好ましくは炭素原子数が３〜５の脂肪族モノカルボン酸の塩、例えばプロピオン酸塩または酪酸塩である。ＮＨ３のかわりに、エチレンジアミンまたはエタノールアミンを配位子として有する対応する錯塩を使用することもまた可能である。
【００８０】
Ａｇ前駆体化合物の例は、水溶性Ａｇ塩である。本発明による方法の一実施形態によれば、前記Ａｇ前駆体化合物は、Ａｇ（ＮＨ３）２（ＯＨ）２、Ａｇ（ＮＯ３）、Ｋ２Ａｇ（ＯＡｃ）（ＯＨ）２、Ａｇ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）、Ａｇ（ＮＯ２）、Ａｇ乳酸塩、Ａｇトリフルオロ酢酸塩、Ａｇサリチル酸塩、Ｋ２Ａｇ（ＮＯ２）３、Ｎａ２Ａｇ（ＮＯ２）３、Ａｇ（ＯＡｃ）、アンモニア性ＡｇＣｌ２溶液、アンモニア性Ａｇ２ＣＯ３溶液、アンモニア性ＡｇＯ溶液およびＮａ２ＡｇＣｌ３からなる群から選択される。Ａｇ（ＯＡｃ）に加えて、銀の他のカルボン酸塩もまた用いられ、好ましくは炭素原子数が３〜５の脂肪族モノカルボン酸の塩、例えばプロピオン酸塩または酪酸塩である。
【００８１】
本発明による方法の実施形態によれば、遷移金属亜硝酸塩前駆体化合物もまた用いられうる。Ａｇ亜硝酸塩前駆体化合物は、例えば、Ａｇ（ＯＡｃ）をＮａＮＯ２溶液に溶解させることによって得られるものである。Ｐｄ亜硝酸塩前駆体化合物は、例えば、Ｐｄ（ＯＡｃ）２をＮａＮＯ２またはＫＮＯ２溶液に溶解させることによって得られるものである。Ｐｔ亜硝酸塩前駆体化合物は、例えば、Ｐｔ（ＯＡｃ）２をＮａＮＯ２溶液に溶解させることによって得られるものである。
【００８２】
選択された金属化合物が溶解し、触媒担体上にデポジットされた後、乾燥によってこれから容易に再び除去されうる、純粋な溶媒および溶媒混合物が、遷移金属前駆体化合物のための溶媒として特に適する。前駆体化合物としての金属酢酸塩のための溶媒の例としては、中でも、非置換のカルボン酸、特に酢酸、アセトンなどのケトンが挙げられ、金属塩化物のためには、中でも、水または希塩酸が挙げられる。
【００８３】
前駆体化合物が酢酸、水もしくは希塩酸またはこれらの混合物に十分に溶解しない場合、上記の溶媒の代わりに、またはこれに加えて他の溶媒もまた用いられうる。この場合、不活性な溶媒が他の溶媒として考えられる。ケトン（例えばアセトンまたはアセチルアセトン）、さらに、エーテル（例えばテトラヒドロフランまたはジオキサン）、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、および、例えばベンゼンなどの炭化水素系溶媒が、酢酸に添加するのに適した溶媒として挙げられる。
【００８４】
ケトン（例えばアセトン）、またはアルコール（例えばエタノールまたはイソプロパノールまたはメトキシエタノール）、ＫＯＨ水溶液またはＮａＯＨ水溶液などの苛性アルカリ溶液、あるいは、酢酸、ギ酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリオキシル酸、グリコール酸、シュウ酸、ピルビン酸または乳酸などの有機酸が、水に添加するのに適した溶媒または添加剤の例として挙げられる。
【００８５】
本発明による方法の実施形態の枠組みの中で、工程に用いられた溶媒は、例えば、適当な冷却骨材、コンデンサおよびセパレータによって回収されうる。
【００８６】
一実施形態によれば、本明細書中に記載されるシェル触媒または本明細書中に記載される方法の実施形態の一つによる方法によって得られるシェル触媒が提供される。遷移金属前駆体化合物の塗布の間に成形体の循環が行われる方法の実施形態によって、少なくとも１種の遷移金属が粒子状金属の形態で含まれる外側シェルを有する多孔質触媒担体成形体を含み、触媒中の遷移金属の質量比は、０．３質量％超、好ましくは０．５質量％超、好ましくは０．８質量％超であり、遷移金属粒子の平均分散は、２０％超、好ましくは２３％超、好ましくは２５％超、より好ましくは２７％超である、シェル触媒が得られうる。遷移金属前駆体化合物の塗布の間の成形体の循環を行わない実施形態によれば、０．３〜４質量％、好ましくは０．５〜３質量％の遷移金属を含むシェル触媒が得られうる。いずれの場合も、遷移金属の質量比は、使用した担体の重量に対する値である。
【００８７】
このような高い金属担持量と、同時に高い金属の分散とを有する遷移金属シェル触媒が、本発明による方法の実施形態によって得られうる。遷移金属の分散は、それぞれの金属について、ＤＩＮ標準によって決定される。一方、貴金属であるＰｔ、ＰｄおよびＲｈの分散は、“Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  １２０，３７０−３７６（１９８９）”にしたがって、ＣＯ化学吸着によって決定される。Ｃｕの分散はＮ２Ｏによって決定される。
【００８８】
成形体の循環が遷移金属前駆体化合物の塗布の間に行われる方法の実施形態によって製造される、本発明によるシェル触媒の一実施形態によれば、遷移金属の濃度は、シェルの厚さの９０％の領域（ここで前記領域は外側シェルおよび内側シェルの境界のそれぞれからシェルの厚さの５％の距離の領域である）にわたって、この領域の遷移金属の平均濃度から、最大で±２０％、好ましくは最大で±１５％、好ましくは最大で±１０％変動しうる。シェル内での遷移金属のほとんど均一な分布のため、遷移金属の濃度がシェルの厚さに対して相対的にわずかしか変化しないため、本発明による触媒の実施形態によれば、シェルの厚さに対してほとんど均一な活性が可能になる。換言すると、遷移金属の濃度のプロファイルは、シェルの厚さに対してほぼ直角の関数を示す。
【００８９】
本発明による触媒の実施形態の選択性をさらに向上させるために、触媒のシェルの厚さに対して、遷移金属の最大濃度は外側シェルの境界の領域にみられ、濃度が内側シェルの境界に向かって減少しうる。遷移金属の濃度は、シェルの厚さの少なくとも２５％の領域にわたって、好ましくはシェルの厚さの少なくとも４０％の領域にわたって、好ましくはシェルの厚さの３０〜８０％の領域にわたって、内側シェルの境界に向かって一定に減少しうる。
【００９０】
本発明による触媒の一実施形態によれば、遷移金属の濃度は、内側シェルの境界に向かって、最大濃度の５０〜９０％の濃度まで、好ましくは、最大濃度の７０〜９０％の濃度までほぼ一定に減少する。
【００９１】
本明細書中に記載される実施形態においては、遷移金属は貴金属の群から選択される。
【００９２】
本明細書中に記載される実施形態においては、前記触媒は、シェル中に２種以上の異なる金属を金属の形態で含んでいてもよく、この際、前記２種の金属は、以下の対のうち１つの組み合わせである：ＰｄおよびＡｇ；ＰｄおよびＡｕ；ＰｄおよびＰｔ。Ｐｄ／Ａｕシェルを有する触媒は、特にＶＡＭの製造に好適であり、Ｐｄ／Ｐｔシェルを有する触媒は、特に酸化触媒および水素化触媒として好適であり、Ｐｄ／Ａｇシェルを有する触媒は、特に、オレフィンの流れ中でのアルキンおよびジエンの選択的水素化、したがって、例えば、未処理製品に含まれるアセチレンの選択的水素化による精製エチレンの製造に好適である。
【００９３】
特に好適なＶＡＭ活性を有するＶＡＭシェル触媒を提供するために、前記触媒はＰｄおよびＡｕを貴金属として含んでもよく、触媒中のＰｄの比率は、貴金属を担持した触媒担体の質量に対して、０．６〜２．５質量％、好ましくは０．７〜２．３質量％、好ましくは０．８〜２質量％でありうる。
【００９４】
加えて、上記に関連して、触媒のＡｕ／Ｐｄ原子比は、０〜１．２、好ましくは０．１〜１、好ましくは０．２〜０．９、特に好ましくは０．３〜０．８でありうる。
【００９５】
Ｐｄ／Ａｕシェル触媒を製造するために、少なくとも１種のアルカリ金属化合物、好ましくはカリウム、ナトリウム、セシウムまたはルビジウム化合物、好ましくはカリウム化合物が促進剤として用いられうる。適当なカリウム化合物としては、酢酸カリウムＫＯＡｃ、炭酸カリウムＫ２ＣＯ３、炭酸水素カリウムＫＨＣＯ３および水酸化カリウムＫＯＨ、ならびにＶＡＭ合成のそれぞれの反応条件下でＫ酢酸塩ＫＯＡｃになる全てのカリウム化合物が挙げられる。カリウム化合物は、金属成分が金属であるＰｄおよびＡｕに還元される前および後の両方で、触媒担体上にデポジットされうる。本発明による触媒の一実施形態によれば、前記触媒はアルカリ金属酢酸塩、好ましくは酢酸カリウムを含む。触媒中のアルカリ金属酢酸塩の含有量が０．１〜０．７ｍｏｌ／ｌ、好ましくは０．３〜０．５ｍｏｌ／ｌであると、所望の促進剤の活性を達成するために特に有益である。
【００９６】
本発明によるＰｄ／Ａｕ触媒のさらなる実施形態によれば、アルカリ金属／Ｐｄ原子比は、１〜１２、好ましくは２〜１０、特に好ましくは４〜９である。触媒担体の表面積が小さいほど、アルカリ金属／Ｐｄ原子比が小さくなりうる。
【００９７】
触媒担体の表面積が小さいほど、本発明によるＰｄ／Ａｕ触媒の生成物選択性が高くなることが確立された。加えて、触媒担体の表面積が小さいほど、受け入れなければならない生成物選択性の相当の低下が生じることなく、金属シェルの選択される厚さが大きくなる。一実施形態によれば、触媒担体の表面の表面積は、したがって、１６０ｍ２／ｇ以下、好ましくは１４０ｍ２／ｇ未満、好ましくは１３５ｍ２／ｇ未満、さらに好ましくは１２０ｍ２／ｇ未満、より好ましくは１００ｍ２／ｇ未満、さらにより好ましくは８０ｍ２／ｇ未満、特に好ましくは６５ｍ２／ｇ未満である。一実施形態においては、触媒担体は、かさ密度が、０．３ｇ／ｍｌ超、好ましくは０．３５ｇ／ｍｌ超、特に好ましくは、かさ密度が０．３５〜０．６ｇ／ｍｌである。
【００９８】
細孔拡散限度を小さくする観点から、一実施形態によれば、触媒担体の平均細孔直径は８〜５０ｎｍ、好ましくは１０〜３５ｎｍ、好ましくは１１〜３０ｎｍでありうる。
【００９９】
触媒担体の酸性度（ａｃｉｄｉｔｙ）は、本発明による触媒の活性に有利に影響しうる。一実施形態によれば、触媒担体の酸性度は、１〜１５０μｖａｌ／ｇ、好ましくは５〜１３０μｖａｌ／ｇ、特に好ましくは１０〜１００μｖａｌ／ｇである。触媒担体の酸性度は、以下のように決定される：粉末状の触媒担体１ｇに水１００ｍｌ（ｐＨ：ブランク値）を添加し、１５分間撹拌しながら抽出を行う。次いで、０．０１ＮのＮａＯＨ溶液を用いて少なくともｐＨ７．０まで滴定を行い、ここで、滴定は段階的に行う；はじめにＮａＯＨ溶液１ｍｌを抽出物に滴下して添加し（１滴／秒）、その後２分間待ち、ｐＨを読み、さらにＮａＯＨ１ｍｌを滴下して添加する、など。使用された水のブランク値を決定し、酸性度の計算を、それに応じて修正する。
【０１００】
次いで、滴定曲線（ｐＨに対する０．０１ＮのＮａＯＨのｍｌ）をプロットし、ｐＨ７での滴定曲線の交点を決定する。ｐＨ７での交点でのＮａＯＨ消費量から導かれるモル当量が、１０−６当量／ｇ担体で計算される。
【０１０１】
【数１】
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【０１０２】
本発明によるＰｄ／Ａｕ触媒の活性を向上させるために、前記触媒担体は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｇ、Ｒｅ、ＹおよびＦｅからなる群から選択される金属の少なくとも１種の酸化物、例えば、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２またはＦｅ２Ｏ３でドープされうる。触媒担体中のドーピング酸化物の比率は、触媒担体の質量に対して、０〜２５質量％、好ましくは１．０〜２０質量％、好ましくは３〜１５質量％でありうる。
【０１０３】
本発明による触媒の他の実施形態によれば、好ましくはアセチレンの水素化において、特に望ましい触媒の活性を与えるために、前記触媒はＰｄおよびＡｇを貴金属として含み、触媒中のＰｄの比率は、貴金属を担持した触媒担体の質量に対して、０．０１〜１．０質量％、好ましくは０．０１５〜０．８質量％、好ましくは０．０２〜０．７質量％である。選択的水素化のための典型的なＰｄ担持量は、Ｐｄが１００〜２５０ｐｐｍである。
【０１０４】
同様に、アセチレンの水素化における触媒の特に望ましい活性を達成するために、前記触媒のＡｇ／Ｐｄ原子比は、０〜１０、好ましくは１〜５であり、この際、貴金属シェルの厚さは６０μｍ未満であることが好ましい。
【０１０５】
一実施形態によれば、前記触媒担体は、直径が１．５ｍｍ超、好ましくは直径が３ｍｍ超、好ましくは直径が４〜９ｍｍまたは２〜４ｍｍの球状体として、または７×７ｍｍまでの大きさの円筒状のタブレットとして形成される。
【０１０６】
一実施形態によれば、触媒担体の表面積は、１〜５０ｍ２／ｇ、好ましくは３〜２０ｍ２／ｇである。さらに、触媒担体の表面積は、１０ｍ２／ｇ以下、好ましくは５ｍ２／ｇ未満、好ましくは２ｍ２／ｇ未満であることが好ましい。例えば、「フロント−エンド」選択的水素化に好ましい触媒担体の表面積は約５ｍ２／ｇである。他の例では、「テール−エンド」選択的水素化に好ましい触媒担体の表面積は６０ｍ２／ｇである。これらの値は、例えば、４．５×４．５ｍｍのアルミナのタブレットに適用される。
【０１０７】
本発明による酸化触媒または水素化触媒は、ＰｄおよびＰｔを貴金属として含んでもよく、この際、触媒中のＰｄの比率は、貴金属を担持した触媒担体の質量に対して、０．０５〜５質量％、好ましくは０．１〜２．５質量％、好ましくは０．１５〜０．９質量％である。
【０１０８】
本発明によるＰｄ／Ｐｔ触媒の一実施形態によれば、触媒のＰｄ／Ｐｔ原子比は、１０〜１、好ましくは８〜５、好ましくは７〜４である。典型的には、前記触媒は０．４５％のＰｄおよび０．１５％のＰｔを担持し、したがってＰｄ／Ｐｔ比は５．５である。
【０１０９】
一実施形態によれば、前記触媒担体は、好ましくは直径が０．７５〜３ｍｍであり、長さが０．３〜７ｍｍである円筒として、または直径が２〜７ｍｍの球状体として形成される。
【０１１０】
さらに、前記触媒担体の表面積は、５０〜４００ｍ２／ｇ、好ましくは１００〜３００ｍ２／ｇでありうる。
【０１１１】
前記触媒はまた、シェルに遷移金属として金属のＣｏ、Ｎｉおよび／またはＣｕを含みうる。
【０１１２】
さらなる実施形態によれば、前記触媒担体は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、アルミノケイ酸塩、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブまたは天然層状ケイ酸塩、好ましくは焼成酸処理ベントナイトに基づく担体である。「基づく」の表現は、触媒担体が１以上の上記で挙げた材料を含むことを意味する。
【０１１３】
既に上述したように、本発明による触媒の触媒担体は、触媒の製造の間に一定の機械的応力を受ける。加えて、本発明による触媒は、反応器への充填の間に強い機械的な負荷応力を受け、これは望ましくない微粉の生成、および触媒担体、特にその外側領域に存在する触媒活性を有するシェルに損傷をもたらしうる。特に、本発明による触媒の摩耗を合理的な範囲に保つために、前記触媒担体は、２０Ｎ以上、好ましくは３０Ｎ以上、さらに好ましくは４０Ｎ以上、最も好ましくは５０Ｎ以上の硬度を有する。圧入硬度は上述したように決定される。
【０１１４】
本明細書中に記載される実施形態は、天然層状ケイ酸塩、特に酸処理焼成ベントナイトに基づく触媒担体を触媒担体として含みうる。「基づく」の表現は、触媒担体が対応する金属酸化物を含むことを意味する。実施形態においては、触媒担体中の天然層状ケイ酸塩、特に酸処理焼成ベントナイトの比率は、触媒担体の質量に対して、５０質量％以上、好ましくは６０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは９５質量％以上でありうる。
【０１１５】
特に本発明によるＰｄ／Ａｕ触媒の生成物選択性は、触媒担体の総細孔容積が大きいほど高いことがわかった。したがって、一実施形態によれば、触媒担体のＢＪＨによる総細孔容積は、０．３０ｍｌ／ｇ超、好ましくは０．３５ｍｌ／ｇ超、好ましくは０．４０ｍｌ／ｇ超である。
【０１１６】
さらに、特にＰｄ／Ａｕ触媒については、触媒担体の総ＢＪＨ細孔容積は、０．２５〜０．７ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３〜０．６ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３５〜０．５ｍｌ／ｇでありうる。
【０１１７】
触媒担体の総細孔容積は、窒素吸着を用いたＢＪＨ法により決定される。触媒担体の表面積およびその総細孔容積は、ＢＥＴ法によって、またはＢＪＨ法によって決定される。ＢＥＴ表面積は、ＤＩＮ６６１３１に従ってＢＥＴ法により決定される；ＢＥＴ法の刊行物は、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．６０，３０９（１９３８）にも見出される。触媒担体または触媒の表面積および総細孔容積を決定するためには、例えば、吸着等温線および脱着等温線が記録されるＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製の全自動窒素ポロシメータ、タイプＡＳＡＰ  ２０１０を用いて、試料を測定してもよい。
【０１１８】
ＢＥＴ理論に従って触媒担体または触媒の表面積および細孔率を決定するためには、データはＤＩＮ６６１３１に従って評価される。細孔容積はＢＪＨ法（Ｅ．Ｐ．Ｂａｒｒｅｔｔ，Ｌ．Ｇ．Ｊｏｙｎｅｒ，Ｐ．Ｐ．Ｈａｌｅｎｄａ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（７３／１９５１，３７３））を用いて測定データから決定される。この方法を用いた場合、毛管凝縮の効果も考慮される。特定の細孔サイズ領域の細孔容積は、ＢＪＨによる吸着等温線の評価から得られる増加の細孔容積を合計することによって決定される。ＢＪＨ法による総細孔容積は、１．７〜３００ｎｍの直径を有する細孔についてのものである。
【０１１９】
一実施形態によれば、触媒担体の吸水率は、水の吸収による重量増加として計算して、４０〜７５％、好ましくは５０〜７０％でありうる。吸水率は、担体試料１０ｇを脱イオン水に３０分間、担体試料から気泡がもはや抜けなくなるまで浸すことによって決定される。次いで、過剰の水を傾けて除き、浸した試料を綿のタオルで拭いて試料から付着した水分を除く。その後、水分を含んだ担体を秤量し、以下のように吸水率が計算される：
（取り出した重量（ｇ）−投入した重量（ｇ））×１０＝吸水率（％）
さらなる実施形態によれば、特にＰｄ／Ａｕ触媒の、触媒担体の総細孔容積の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも８５％、好ましくは少なくとも９０％がメソ細孔およびマクロ細孔から形成されうる。これは、本発明による触媒、特に相対的に厚いシェルの触媒の活性が、拡散限度によって影響を受けて低下することと反対に作用する。マイクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔は、この場合、それぞれ、２ｎｍ未満の直径、２〜５０ｎｍの直径、および５０ｎｍを超える直径を有する細孔を意味する。
【０１２０】
本明細書中に記載される実施形態による触媒担体は、成形体として形成される。前記触媒担体は原則的に対応するシェルが適用されうる任意の幾何学形状体の形態をとりうる。例えば、前記触媒担体は、球状体、円筒（丸い端面を有するものを含む）、穴の開いた円筒（丸い端面を有するものを含む）、三つ葉状体、「キャップされたタブレット」、四つ葉状体、リング状体、ドーナツ状体、星形状体、車輪状体、「逆」車輪状体、またはストランド、好ましくはリブ付きストランドまたは星形ストランドに形成されうる。
【０１２１】
実施形態による触媒担体の直径または長さおよび厚さは、触媒が用いられる反応管の形状によって、例えば２〜９ｍｍである。
【０１２２】
典型的には、触媒のシェルの厚さが小さいほど、本発明による触媒の生成物選択性は高くなる。したがって、本発明による触媒の一実施形態によれば、触媒のシェルの厚さは、４００μｍ未満、好ましくは３００μｍ未満、好ましくは２５０μｍ未満、さらに好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１５０μｍ未満である。例えば、酢酸ビニル単量体（ＶＡＭ）の製造のためのシェル触媒の場合、特に好適なシェルの厚さは約２００μｍである。
【０１２３】
一般に、金属担持触媒の場合、シェルの厚さは顕微鏡によって視覚的に測定されうる。金属がデポジットされた領域は黒色に見え、一方金属が含まれない領域は白色に見える。一般に、金属を含有する領域とこれを含まない領域との境界は非常にはっきりしており、視覚的に明確に認められうる。上記の境界がはっきりと定義できず、したがって視覚的に明確に認められない場合、または、他の理由でシェルの厚さが視覚的に決定できない場合、シェルの厚さは、触媒担体の外側の表面から開始して測定された、担体上にデポジットされた遷移金属の９５％を含むシェルの厚さに対応する。
【０１２４】
本発明による触媒の場合、本発明による触媒の生成物選択性の大きな低下をきたすことなく、触媒の高い活性が達成される、相対的に大きい厚さを有するシェルが形成されうることが、同様に明らかになった。相対的に小さい表面積を有する触媒担体がこのために用いられうる。したがって、本発明による触媒の他の実施形態によれば、触媒のシェルの厚さは、２００〜２０００μｍ、好ましくは２５０〜１８００μｍ、好ましくは３００〜１５００μｍ、さらに好ましくは４００〜１２００μｍである。
【０１２５】
一実施形態によれば、本発明による方法の一実施形態を実施するために、またはシェル触媒、特に本発明によるシェル触媒の製造において、ガスおよび／またはプロセスガスによって触媒担体成形体の循環、好ましくは触媒担体成形体が楕円形またはトロイダル形に、好ましくはトロイダル形に循環する流動床または流動層、好ましくは流動層を生じさせるために設置された装置の使用がさらに提供される。上述した有利な特性を示すシェル触媒がこのような装置によって製造されうることが確立された。
【０１２６】
一実施形態によれば、前記装置は底部および側壁を有するプロセスチャンバを含み、この際、底部は互いの上に配置された数枚の重なりあう環状ガイド板から構成され、この間に環状スロットが形成され、これを通ってガスおよび／またはプロセスガスが外側に向かって半径方向に配列された実質的に水平方向の運動成分を伴って供給されうる。したがって、プロセス工学の観点で簡単な方法で、成形体が楕円形またはトロイダル形に特に均一に循環する流動床の形成が可能になり、これに伴って製品の品質が向上する。
【０１２７】
成形体に、例えば貴金属溶液を特に均一に噴霧することを可能にするために、さらなる実施形態によれば、前記装置において、環状ギャップノズルが底部の中心に配置され、噴霧雲状体が、その鏡面が底面と実質的に平行になるようにノズルから噴霧されるように、ノズルの開口部が形成される。
【０１２８】
さらに、サポートガスの出口は、噴霧雲状体の下側にサポートクッションを生じさせるために、環状ギャップノズルの開口部とその下に位置する底部との間に提供されうる。この底部の空気のクッションは、底部の表面に噴霧された溶液がないように保ち、これは、噴霧された溶液のすべてが成形体の流動層に導入されることを意味し、その結果、噴霧ロスが生じず、これは、特に高価な貴金属化合物については重要である。
【０１２９】
本発明による装置の使用のさらなる実施形態によれば、装置中のサポートガスは、環状ギャップノズル自体によって、および／またはプロセスガスによって提供される。これらの手段によって、サポートガスを多様な方法で生じさせることができる。サポートガスの生成に寄与するために、環状ギャップノズル自体の出口が提供されてもよく、これを通して噴霧ガスの一部が現れる。加えて、または代わりに、底部を通って流れるプロセスガスの一部が噴霧雲状体の下側に向かって導かれ、これによってサポートガスの生成に寄与しうる。
【０１３０】
さらなる実施形態によれば、環状ギャップノズルは、ほぼ円錐形のヘッド部および円形の円錐の断面に沿って走る開口部を有する。したがって、垂直に下方に動く成形体が、均一に、円錐を通って、円錐の下端における円形の噴霧ギャップによって噴霧される噴霧雲状体を標的として、進むことが可能になる。
【０１３１】
前記装置の使用のさらなる実施形態によれば、開口部とその下にある底部との間の領域に、例えばサポートガスのための経路の開口部を有する円錐台形壁が提供される。この手段は、上述の円錐での調和的な偏向運動が円錐台を超えて連続することによって維持され、この領域においてサポートガスが通路の開口部を通って現れ、噴霧雲状体の下側に対応するサポートを与えうるという利点を有する。
【０１３２】
装置の使用のさらなる形態においては、ガスおよび／またはプロセスガスの流路のための環状スロットが、円錐台形壁の下側の間に形成される。この手段は、成形体の底部の空気のクッション上への移動が特によく制御され、ノズルのすぐ下の領域で始まって標的として行われうる利点を有する。
【０１３３】
噴霧雲状体を所望の高さで流動層に導入することができるようにするために、ノズルの開口部の位置は、高さが調節可能でありうる。
【０１３４】
本発明による装置の使用のさらなる形態によれば、通過するプロセスガス上の大きな流れ成分を与えるガイド部材が、環状ガイド板の間に配置される。
【０１３５】
以下の本発明による方法の実施形態を実施するための装置の一実施形態の説明は、図面を用いて本発明を説明するために用いられる。
【０１３６】
図１Ａ：本発明による方法の一実施形態を実施するための装置の垂直断面図であり、ここで、プロセスガス中での触媒担体成形体の循環は、遷移金属前駆体化合物の塗布の間および前記遷移金属前駆体化合物の金属成分の金属の形態への変換の間に行われる；および
図１Ｂ：図１Ａ中の１Ｂの符号が付された囲みの領域の拡大図である。
【０１３７】
全体として符号１０で表される、触媒担体成形体の循環を含む本発明による方法の一実施形態を実施するための装置を図１に示す。
【０１３８】
装置１０は、プロセスチャンバ１５を取り囲む直立した円筒状の側壁１８を有する容器２０を有する。
【０１３９】
プロセスチャンバ１５は、底部１６を有し、その下がブローイングチャンバ３０である。
【０１４０】
底部１６は、ガイド板として、互いに重なり合う合計７枚の環状板から構成される。７枚の環状板は、最も外側の環状板２５が一番下の環状板を形成し、その上に他の６枚の内側の環状板が、それぞれ、その下の環状板と部分的に重なるように、互いに重なり合って配置され、設置される。明瞭にするために、合計７枚の環状板のうちのいくつか、例えば、２枚の重なっている環状板２６および２７のみに参照番号を付している。この重なりおよび間隔によって、環状スロット２８がそれぞれ２枚の環状板の間に形成され、これを通して、例えば、窒素／水素混合物または窒素／エチレン混合物４０がプロセスガスとして、主に水平方向に配列した運動成分を伴って底部１６を通過する。
【０１４１】
環状ギャップノズル５０は、中央の一番上の内側の環状板２９の中央の開口部に下から挿入される。環状ギャップノズル５０は合わせて３つのオリフィスギャップ５２、５３および５４を有する開口部５５を有する。全ての３つのオリフィスギャップ５２、５３および５４は、底部１６にほぼ平行に、したがってほぼ水平に、３６０°の角度をカバーして、噴霧されるように配列される。噴霧ガスは上部のギャップ５２および下部のギャップ５４を通して送り出され、噴霧しようとする溶液は中央のギャップ５３を通して送り出される。
【０１４２】
環状ギャップノズル５０は、下方に向かって伸び、対応するチャネルおよび供給ライン８０を含む棒状体５６を有する。環状ギャップノズル５０は、例えば、ノズルの詰まりを避けるために、溶液が噴出されるチャネルの壁が互いに関連して回転する、いわゆる回転環状ギャップで形成され、したがって３６０°の全体の角度にわたってギャップ５３から均一に噴霧することが可能になる。環状ギャップノズル５０は、オリフィスギャップ５２の上に円錐形ヘッド部５７を有する。
【０１４３】
オリフィスギャップ５４の下の領域には、多数のアパーチャー５９を有する円錐台形壁５８が存在する。特に図１Ｂからわかるように、円錐台形壁５８の下面と、この下に存在しこれと部分的に重なる環状板２９との間にスロット６０が形成され、これを通ってプロセスガス４０がサポートガスとして通過しうるように、円錐台形壁５８の下面は、最も内側の環状板２９の上に配置される。
【０１４４】
外側のリング２５は壁１８から少し離れており、その結果、プロセスガス４０は、参照番号６１が付された矢印の方向に、主に垂直方向の成分を伴ってプロセスチャンバ１５に入り、これによって、スロット２８を通ってプロセスチャンバ１５に入るプロセスガス４０に、相対的に鋭く上向きに配列した運動成分を与えられる。
【０１４５】
図１Ａおよび図１Ｂの一部は、装置１０において、入った後、どのような関係が生じるのかを示す。
【０１４６】
噴霧雲状体７０は、その鏡面が底面にほぼ平行に走り、オリフィスギャップ５３から生じる。円錐台形壁５８のアパーチャー５９を通過するサポートガスは、例えばプロセスガスでありうるが、噴霧雲状体７０の下側にサポートガスの流れ７２を形成する。壁１８の方向の半径流は、これによって参照番号７４で与えられる矢印で表されるようにプロセスガス４０が上方に偏向されるが、多数のスロット２８を通過するプロセスガス４０によって形成される。前記成形体は壁１８の領域において偏向されたプロセスガス４０によって上方に導かれる。次いで、プロセスガス４０および処理される触媒担体成形体は互いに分離し、ここでプロセスガス４０は出口から排出され、一方で成形体は矢印７５で示されるように内側に半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）移動し、重力によって環状ギャップノズル５０の円錐形ヘッド部５７の方向にほぼ垂直に下向きに移動する。落下する成形体はそこで偏向され、噴霧雲状体７０の上側に運ばれ、そこで噴霧された媒体で処理される。次いで、噴霧された成形体は、再び壁１８に向かって、互いに離れて移動し、そのため、噴霧雲状体７０を離れた後、環状オリフィスギャップ５３において、はるかにより大きい空間が成形体にとって利用可能になる。噴霧雲状体７０の領域において、処理される成形体は液体粒子と出会い、互いに離れたまま壁１８に向かう運動の方向に動き、プロセスガス４０で非常に均一に調和的に処理され、また、乾燥される。
【０１４７】
成形体の楕円形またはトロイダル形に循環する移動経路は、図１Ａおよび１Ｂに示す装置を用いて実現されうる。対応する方法、装置およびこれらを用いて製造された触媒は、ＤＥ１０２００７０２５３５６Ａ１に記載され、その全体の開示は参照によって本明細書中に含まれる。
【０１４８】
他の実施形態においては、中心に配置された同心の環状ギャップノズル５０に代えて、装置は、複数の、例えば２つの、円形のセグメントノズルを有してもよく、これに伴って、反対の方向に循環する２つの流動床が噴霧ガスで噴霧されうる。この装置は、底部に２つの同心のマルチプレートリングを含み、それぞれが互いの上に段階的に配置される複数の円板から構成される。内側のマルチプレートリング、すなわち容器の底の中心に配置されるものは、プロセスガスが、円周方向の流れ成分を伴って水平にプレートの間を容器の壁に向かって外側に、容器の中に流れるように配置される。内側のプレートリングを同心円状に囲む外側のマルチプレートリングは、プロセスガスが、同心円状の流れ成分を伴って水平にプレートの間を容器の中心に向かって内側に、容器の中に流れるように配置される。収束する空気のガイド層は、その上で触媒担体成形体が反対の方向に循環する２つの流動層中で運搬されるが、したがって容器の底部に形成されうる。
【０１４９】
２つの流動層が混合するのを防ぐために、および流動層を垂直に上方に偏向させるために、２つのマルチプレートリングの間に、プレートと同心に、円形流れ安全装置が提供される。流れ安全装置は、例えば、それぞれが 四分円形のプロファイル、すなわち、四分円形の断面を有し、ここで四分円形が２つの端を有する、２枚の偏向板から構成される。偏向板は四分円の１つの端によって、この流れ安全装置に隣接する対応するプレートに、それぞれ結び付けられる。四分円形の偏向板の他方の端は、互いに反対になるように配置され、したがって両側に凹面の曲率を有する、上方に偏向した環状突起物を形成する。プレートの間に生じる収束するガスの流れ、およびその中を運搬される成形体は、環状突起部での偏向によって２つのトロイダル形の流れの中で運ばれる。
【０１５０】
環状突起部の内部に、同心の円形セグメントノズルが配置される、すなわち、環状突起部の個々のセグメントは円形セグメントノズルによって置き換えられる。容器の内部に向かう円形セグメントノズルの外側部分は、ほぼ環状突起部の形状を有する。円形セグメントノズルのアパーチャーは、上方に向けられた円形セグメントノズルの端において、環状セグメントの形状で提供される。触媒成形体が反対の方向に循環する２つの流動層中を運搬される場合、触媒成形体は円形セグメントノズルの噴霧雲状体を通過し、一方、環状突起部で、および円形セグメントノズルで、垂直に上方に偏向される。噴霧雲状体を通過した後、成形体は、ほぼトロイダル形の流動層中の環状突起部で上方に偏向されたトロイダル形のガスの流れによって、容器を通って運搬される。上述のプロセスガスのガイドは、ほぼ２倍均一な、触媒担体のトロイダル形の流動層様に循環する運動の基礎を与える。２つの環状セグメントノズルを有する装置の構成によって、遷移金属前駆体化合物をいくつかの異なる方法で塗布できるようになる。例えば、双方のノズルにＰｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２溶液とＫＡｕＯ２溶液との混合物などのＰｄ−Ａｕ混合溶液が同時に供給されうる。またはＰｄ溶液およびＡｕ溶液は２つのノズルを通して別々に運ばれる。
【０１５１】
本明細書中に記載された実施形態のすべての相互排他的ではない特徴は互いに組み合わせられうる。本発明を、さらなる図面を参照しつつ以下の実施例によってより詳細に説明するが、制限的なものと考えられてはならない。これらは以下の図面によって示される。
【０１５２】
図２Ａ：本発明による方法の一実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図２Ｂ：図２Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図３Ａ：本発明による方法の他の実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図３Ｂ：図３Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図４Ａ：本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図４Ｂ：図４Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図５Ａ：本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図５Ｂ：図５Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図６Ａ：本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図６Ｂ：図６Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図７Ａ：本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図７Ｂ：図７Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果；
図８Ａ：本発明による方法のさらなる実施形態によって製造された触媒のＶＡＭ選択率の比較試験の結果；
図８Ｂ：図８Ａの触媒のＶＡＭ空時収量の比較試験の結果。
【実施例】
【０１５３】
実施例１
ミキサー中で、Ｎａ２ＰｄＣｌ４（Ｐｄ含有量１８．１９％；１０３０８；ヘレウス）２．４ｇを投入し、ＨＡｕＣｌ４（Ａｕ含有量４０．６４％；１０７０８；ヘレウス）０．４９ｇおよびＨ２Ｏ  ２８．４８ｇを含む均一な溶液とした。ＫＡ−１６０球状体（Ｚｒを含まない標準担体）５０ｇを添加した後、これらを室温で６５分間回転させ、乾燥状態に到達させた。含浸後、０．４４ＭのＮａＯＨ（２５％の親溶液；Ｂｉｅｓｔｅｒｆｅｌｄ  Ｇｒａｅｎ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから製造）６５．２３ｇを球状体に添加し、室温で１８時間、一晩静置した。固定溶液（定着溶液）を除去した後、継続的に水を交換しながら触媒前駆体を脱塩水で室温で２３時間洗浄し、Ｃｌ残留物を除去した。最終的な伝導度の値は１６．３μＳであった。次いで、触媒を流動床中で６０分間、９０℃で乾燥させた（例えば、ブロワー８０）。ＲＳシステム（還元および安定化システム）において、５％Ｈ２および９５％Ｎ２を用いて、３５０℃で５時間にわたって還元を行った。還元した触媒に、２ＭのＫＯＡｃ溶液（２００８年２月２７日製造；Ｋ３５９１１７２０６１３；メルク）２１．００ｇとＨ２Ｏ  １１．１１ｇとの混合物をピペットによって球状体上に均一に分布させ、室温で１時間静置した。最後に、流動床（ブロワー８０）中で９０℃で６０分間乾燥を行った。
【０１５４】
Ｐｄ担持量  ０．８２％
Ａｕ担持量  ０．２９％
Ａｕ／Ｐｄ（原子比）＝０．２０。
【０１５５】
実施例２
ミキサー中で、Ｎａ２ＰｄＣｌ４（Ｐｄ含有量１８．１９％；１０３０８；ヘレウス）２．４ｇを投入し、ＨＡｕＣｌ４（Ａｕ含有量４０．６４％；１０７０８；ヘレウス）０．４９ｇおよびＨ２Ｏ  ２８．４８ｇを含む均一な溶液とした。実施例１で用いたものと同じＫＡ−１６０球状体５０ｇを添加した後、これらを室温で６５分間回転させ、乾燥状態に到達させた。含浸後、０．４４ＭのＮａＯＨ（２５％の親溶液；Ｂｉｅｓｔｅｒｆｅｌｄ  Ｇｒａｅｎ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから製造）６５．２３ｇを球状体に添加し、室温で１８時間、一晩静置した。固定溶液（定着溶液）を除去した後、継続的に水を交換しながら触媒前駆体を脱塩水で室温で２３時間洗浄し、Ｃｌ残留物を除去した。最終的な伝導度の値は１６．３μＳであった。次いで、触媒を流動床中で６０分間、９０℃で乾燥させた（ブロワー８０）。ＲＳシステムにおいて、５％Ｈ２および９５％Ｎ２を用いて、４００℃で５時間にわたって還元を行った。還元した触媒に、２ＭのＫＯＡｃ溶液（２００８年２月２７日製造；Ｋ３５９１１７２０６１３；メルク）２１．００ｇとＨ２Ｏ  １１．１１ｇとの混合物をピペットによって球状体上に均一に分布させ、室温で１時間静置した。最後に、流動床（ブロワー８０）中で９０℃で６０分間乾燥を行った。
【０１５６】
Ｐｄ担持量  ０．８１％
Ａｕ担持量  ０．２８％
Ａｕ／Ｐｄ（原子比）＝０．２０。
【０１５７】
実施例３
ミキサー中で、Ｎａ２ＰｄＣｌ４（Ｐｄ含有量１８．１９％；１０３０８；ヘレウス）２．４ｇを投入し、ＨＡｕＣｌ４（Ａｕ含有量４０．６４％；１０７０８；ヘレウス）０．４９ｇおよびＨ２Ｏ  ２８．４８ｇを含む均一な溶液とした。実施例１で用いたものと同じＫＡ−１６０球状体５０ｇを添加した後、これらを室温で６５分間回転させ、乾燥状態に到達させた。含浸後、０．４４ＭのＮａＯＨ（２５％の親溶液；Ｂｉｅｓｔｅｒｆｅｌｄ  Ｇｒａｅｎ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから製造）６５．２３ｇを球状体に添加し、室温で１８時間、一晩静置した。固定溶液（定着溶液）を除去した後、継続的に水を交換しながら触媒前駆体を脱塩水で室温で２３時間洗浄し、Ｃｌ残留物を除去した。最終的な伝導度の値は１６．３μＳであった。次いで、触媒を流動床中で６０分間、９０℃で乾燥させた（ブロワー８０）。ＲＳシステムにおいて、５％Ｈ２および９５％Ｎ２を用いて、４５０℃で５時間にわたって還元を行った。還元した触媒に、２ＭのＫＯＡｃ溶液（２００８年２月２７日製造；Ｋ３５９１１７２０６１３；メルク）２１．００ｇとＨ２Ｏ  １１．１１ｇとの混合物をピペットによって球状体上に均一に分布させ、室温で１時間静置した。最後に、流動床（ブロワー８０）中で９０℃で６０分間乾燥を行った。
【０１５８】
Ｐｄ担持量  ０．８２％
Ａｕ担持量  ０．２８％
Ａｕ／Ｐｄ（原子比）＝０．２０。
【０１５９】
反応炉試験
ＶＡＭを製造するための反応は、実施例１〜３のそれぞれの触媒を用いて行った。それぞれの例で、３２  ５ｍｍの触媒球状体（６ｍＬの触媒床）を、固定床管型反応器において８ｂａｒで、１４０〜１５０℃の温度範囲で、Ｎ２中の酢酸１３％、Ｏ２６％、エチレン３９％からなる供給ガスの２５０ｍＬ／分のガス流の作用にさらし、反応器の生成物をＧＣによって分析した。エチレンからＶＡＭへの反応の選択率（ＶＡＭ選択率または選択率ともいう）は、Ｓ＝ＶＡＭのモル数／（ＶＡＭのモル数＋ＣＯ２のモル数／２）の式に従って計算される。触媒の活性の指標である空時収量（本明細書中、ＳＴＹまたはＶＡＭ空時収量ともいう）は、ｇＶＡＭ／Ｌ触媒×ｈで表される。酸素の転化率は、（流入したＯ２のモル数−流出したＯ２のモル数）／流入したＯ２のモル数に従って計算される。
【０１６０】
図２Ａおよび２Ｂは、実施例２の触媒が、その製造において異なる温度で還元した実施例１および３の２つの他の触媒と比較して、高い選択率および改善されたＳＴＹを有することを示す。本発明によれば、シェル触媒のＳＴＹおよび選択率を互いに依存して設定することが可能になる。例えば、金属前駆体化合物の還元の間の温度を高くすることによって、および／または触媒のＢＥＴ表面積を小さくすることによって、例えば、触媒のＳＴＹは必要に応じて低減し、この触媒について、より高い選択率を得ることができる。さらに、この試験から、最終的なシェル触媒の適当な活性および選択率の値は、５時間の還元持続時間および約４００℃の還元温度で達成されることが示される。さらに、遷移金属前駆体化合物の金属成分の還元は、本発明にしたがって相互に相関する温度および還元持続時間で行われうることが示された。製造される触媒の活性および選択率に対する高い還元温度の効果は、すなわち、例えば、比較的低い温度およびより長い還元持続時間での還元によっても達成されうる。
【０１６１】
実施例４〜７
実施例４の触媒を製造するために、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２（ヘレウス社製３．１６％Ｐｄ溶液）３４．７１ｇおよびＫＡｕＯ２（ヘレウス社製７．４９％Ａｕ溶液）１１．７２ｇをＨ２Ｏ  １５０ｍｌとともに、１４％のＺｒＯ２を含む担体球状体（表面積１５２ｍ２／ｇ、直径５ｍｍの球状体、以下の成分を重量％で含む：Ｚｒ  １１．２％；ＳｉＯ２  ７６．５％；Ａｌ２Ｏ３  ２．９％；Ｆｅ２Ｏ３  ０．３４％；ＴｉＯ２  ０．３５％；ＭｇＯ  ０．１５％；ＣａＯ  ０．０６％；Ｋ２Ｏ  ０．４３％；ＮａＯ２  ０．２１％）１００ｇの上に、イノジェットテクノロジーズ社製のイノジェットエアコーター（実験室用コーターＩＡＣ０２５）で、７０℃の温度で循環させながらコートした。イノジェットエアコーターは、本明細書中に記載のトロイダル形の流動層を形成するための中心に配置された同心の環状ギャップノズル５０を有する装置に対応する。次に、流動床中で、９０℃（ブロワー８０）で４５分間乾燥を行った。次いで、２５０℃で、窒素中に５％の水素を含む固定床中で気相中で４時間にわたって還元を行った。最後に、触媒をＨ２Ｏ  ４３．３ｇ中の２Ｍ酢酸カリウム溶液２３．１ｇに含浸させた。このために、ＫＯＡｃ溶液をＨ２Ｏと混合し、その後、触媒を添加し、触媒が乾燥するまで全体を撹拌し、その後１時間待ち、次いで、９０℃（ブロワー８０）で、流動床中でさらに４５分間乾燥させた。
【０１６２】
実施例５〜７の触媒は、実施例４と同様に、ただし、２５０℃に代えて、以下の温度：実施例５では３５０℃；実施例６では４５０℃；および実施例７では５５０℃；で還元を行った。
【０１６３】
それぞれの例の最終的な触媒の金属担持量は、以下の通りであった：
Ｐｄ担持量  ０．９％
Ａｕ担持量  ０．８％
Ｋ担持量    ３％。
【０１６４】
反応炉試験
実施例４〜７のそれぞれの触媒について、それぞれの例で、触媒床５ｍｌを固定床管型反応器で試験した。はじめに、触媒を反応器に入れてねじで締め、次いで、リーク試験を行ってリークを検査した。次いで、圧力試験を行って系がガスを損失していないかを検査した。その後、加熱を行い、別の圧力試験を実施し、１４０℃で反応を開始させた。供給ガスは、エチレン３９％、酢酸１２．５％、酸素６％、メタン８％および残部の窒素から構成された。それぞれの例で、触媒を７ｂａｒで、固定床管型反応器において２５０ｍＬ／分の供給ガス流の作用にさらした。試験は、２％、３％、４％、４．５％、５％、５．５％、６％の酸素ランプで７時間にわたって開始した。その後、１４０℃、Ｏ２６％で、１６時間、平衡にした。次いで、１４０〜１４８℃の反応温度で、オンラインＧＣによって触媒効率を測定した。
【０１６５】
エチレンからＶＡＭへの反応の選択率（ＶＡＭ選択率または選択率ともいう）は、Ｓ＝ＶＡＭのモル数／（ＶＡＭのモル数＋ＣＯ２のモル数／２）の式に従って計算される。触媒の活性の指標である空時収量（本明細書中、ＳＴＹまたはＶＡＭ空時収量ともいう）は、ｇＶＡＭ／Ｌ触媒×ｈで表される。酸素の転化率は、（流入したＯ２のモル数−流出したＯ２のモル数）／流入したＯ２のモル数に従って計算される。
【０１６６】
図３Ａおよび３Ｂは、実施例４〜７の触媒の触媒活性の指標としての転化率が製造の間の還元温度が高くなるにしたがって低下するが、選択率には大きな影響を与えないことを示す。前駆体が２５０℃で還元された実施例４の触媒は、その製造において分散する異なる温度で還元した実施例５〜７の他の触媒と比較して、比較的高い選択率および改善されたＳＴＹを有する。したがって本発明によれば、シェル触媒のＳＴＹを還元温度に依存して設定することが可能になる。触媒のＳＴＹはまた、例えば、金属前駆体化合物の還元の間の温度を高くすることによって、および／または触媒のＢＥＴ表面積を小さくすることによって必要に応じて低減することができる。
【０１６７】
実施例８〜１０
実施例８〜１０として、３つのさらなるコートされた触媒を製造し、それぞれを１５０℃で還元した。実施例８〜１０の触媒は、カリウムの含有量のみが異なり、これは選択率に影響はなく、活性にのみ影響した。
【０１６８】
実施例８の触媒を製造するために、実施例４〜７で用いた、１４％のＺｒＯ２を含む同じ５ｍｍの担体球状体１００ｇに、１００ｍｌの水中の３．３０４％のＰｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２溶液（ヘレウス社製）３３．１６ｇおよび４．１０％のＫＡｕＯ２溶液（ズードケミー社製）１６．０２ｇの混合溶液を、イノジェットテクノロジーズ社製のイノジェットエアコーター（実験室用コーターＩＡＣ０２５）で７０℃でコートし、次いでフォーミングガスを用いて１５０℃で４時間還元した。次いで、酢酸カリウム水溶液で１時間、初期の水分に達するまで回転ピストン中で含浸を行った。最終的な触媒の金属担持量は、Ｐｄ１．０％およびＡｕ０．６％であった。
【０１６９】
実施例９の触媒もまた、実施例８と同様に製造したが、ただし、３．３０４％Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２溶液３３．１６ｇと７．４９％ＫＡｕＯ２溶液８．７７ｇとの混合溶液を用いてコートした。
【０１７０】
実施例１０の触媒は、実施例８の触媒と同様に製造したが、ただし、３．３０４％Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２溶液３３．１６ｇと４．５７％ＫＡｕＯ２溶液１４．３８ｇとの混合溶液を用いてコートした。
【０１７１】
使用したカリウム−金酸塩により、実施例８〜１０で製造された触媒はカルシウム含有量のみ異なる。市販のヘレウス社（Ｈｅｒａｅｕｓ）の溶液は、Ｋ含有量が約７．５％と、カリウムが多く、実施例９に用いた。ズード−ケミー社によって製造された溶液はＫ含有量が１．１５％と、カリウムが少ない。実施例１０では、これらの２つの金酸塩溶液の１：１混合物を用いた。
【０１７２】
次に、触媒効率を確認するために、実施例４〜７と同様に反応炉試験を行った。この反応炉試験の結果を図４Ａおよび４Ｂに示す。図１Ａ〜４Ｂの全体から、１５０℃での還元によって、より高い還元温度の場合と比較して、より活性が高く選択率の高い触媒がもたらされることがわかる。
【０１７３】
実施例１１〜１５
実施例１１〜１３の触媒を製造するために、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２（ヘレウス社製３．３０％Ｐｄ溶液）６６３．３０ｇおよびＫＡｕＯ２（ヘレウス社製５．０３％Ａｕ溶液）２６１．１０ｇをＨ２Ｏ  １５０ｍｌとともに、１４％のＺｒＯ２を含むＫＡ担体球状体（表面積１５２ｍ２／ｇ、直径５ｍｍの球状体、以下の成分を重量％で含む：Ｚｒ  １１．２％；ＳｉＯ２  ７６．５％；Ａｌ２Ｏ３  ２．９％；Ｆｅ２Ｏ３  ０．３４％；ＴｉＯ２  ０．３５％；ＭｇＯ  ０．１５％；ＣａＯ  ０．０６％；Ｋ２Ｏ  ０．４３％；ＮａＯ２  ０．２１％）２０００ｇの上に、イノジェットテクノロジーズ社製のエアコーター０５型のパイロットコーターで、７０℃の温度で循環させながらコートした。イノジェットエアコーター０５は、本明細書中に記載のトロイダル形の流動層を形成するための装置に対応する。次いで、実施例１１（１００℃）、１２（１５０℃）、１３（２００℃）および１４（２５０℃）の触媒を得るために、それぞれ１００℃、１５０℃、２００℃および２５０℃で、窒素中に５％の水素を含む固定床中で気相中で４時間にわたって還元を行った。最後に、触媒をＨ２Ｏ  ８４３．７６ｇ中の２Ｍ酢酸カリウム溶液４１０．２０ｇに含浸させた。このために、ＫＯＡｃ溶液をＨ２Ｏと混合し、その後、触媒を添加し、触媒が乾燥するまで全体を撹拌し、その後１時間待ち、次いで、９０℃（ブロワー８０）で、流動床中で４５分間乾燥させた。
【０１７４】
それぞれの例の最終的な触媒の金属担持量は、以下の通りであった：
Ｐｄ担持量  １．０％
Ａｕ担持量  ０．６％
Ｋ担持量    ２．８％。
【０１７５】
実施例１５の触媒は、還元温度がここでは２５０℃であったこと以外は、実験室用コーターにおいて、実施例９の触媒と同様に製造した。
【０１７６】
次に、触媒効率を確認するために、実施例４〜７と同様に反応炉試験を行った。この反応炉試験の結果を図５Ａ〜７Ｂに示す。図５Ａ〜５Ｂから、パイロットコーターにおいては、２５０℃および１５０℃で還元すると、実施例１５（実験室用コーター、２５０℃で還元）と比較して、より活性が高く選択性が高い触媒が得られることがわかる。実施例１２および１４（パイロットコーター、１５０℃および２５０℃で還元）は実験的な測定誤差の制限内で同等の性能を示す。図６Ａおよび６Ｂから、パイロットコーターにおいては、２００℃で還元すると、実験室用コーターで２５０℃の還元温度で還元した実施例１５の触媒と比較して、より活性が高く選択性が高い触媒が得られることになる。図７Ａおよび７Ｂから、パイロットコーターにおいては、１００℃で還元すると、実験室用コーターで２５０℃の還元温度で還元した実施例１５の触媒と比較して、より活性が高く選択性が高い触媒が得られることが示される。
【０１７７】
実施例１６〜１９
実施例１６〜１９の触媒を製造するために、Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＯＨ）２（ヘレウス社製３．３０％Ｐｄ溶液）６６３．３０ｇおよびＫＡｕＯ２（ヘレウス社製５．０３％Ａｕ溶液）２６１．１０ｇをＨ２Ｏ１５０ｍｌとともに、１４％のＺｒＯ２を含むＫＡ担体球状体（表面積１５２ｍ２／ｇ、直径５ｍｍの球状体、以下の成分を重量％で含む：Ｚｒ  １１．２％；ＳｉＯ２  ７６．５％；Ａｌ２Ｏ３  ２．９％；Ｆｅ２Ｏ３  ０．３４％；ＴｉＯ２  ０．３５％；ＭｇＯ  ０．１５％；ＣａＯ  ０．０６％；Ｋ２Ｏ  ０．４３％；ＮａＯ２  ０．２１％）２０００ｇの上に、イノジェットテクノロジーズ社製のエアコーター０５型のパイロットコーターで、７０℃の温度で循環させながらコートした。イノジェットエアコーター０５は、本明細書中に記載のトロイダル形の流動層を形成するための装置に対応する。次いで、実施例１６（１００℃）、１７（１５０℃）、１８（２００℃）および１９（２５０℃）の触媒を得るために、それぞれ１００℃、１５０℃、２００℃および２５０℃で、窒素中に５％の水素を含む固定床中で気相中で４時間にわたって還元を行った。最後に、触媒をＨ２Ｏ  ８４３．７６ｇ中の２Ｍ酢酸カリウム溶液４１０．２０ｇに含浸させた。このために、ＫＯＡｃ溶液をＨ２Ｏと混合し、その後、触媒を添加し、触媒が乾燥するまで全体を撹拌し、その後１時間待ち、次いで、９０℃（ブロワー８０）で、流動床中で４５分間乾燥させた。
【０１７８】
それぞれの例の最終的な触媒の金属担持量は、以下の通りであった：
Ｐｄ担持量  １．０％
Ａｕ担持量  ０．６％
Ｋ担持量    ２．８％。
【０１７９】
次に、触媒効率を確認するために、実施例４〜７と同様に反応炉試験を行った。実施例１６〜１９の４つの触媒を直接比較して試験した。この反応炉試験の結果を図８Ａおよび８Ｂに示す。
【０１８０】
図８Ａおよび８Ｂから、性能の差は非常に小さい、すなわち、１００〜２５０℃の温度範囲でのＨ２気相還元によって優れた触媒がもたらされることがわかる。２５０℃で還元した実施例１９の触媒は他の３つの触媒よりも少し選択性が低い。１００℃、１５０℃および２００℃で還元した実施例１７〜１９の触媒の性能は同等であった。
【０１８１】
プロセス工学の理由で、貴金属コーティングの間および／または後、コーターにおいてｉｎ−ｓｉｔｕのＨ２還元を可能にするために、好ましい還元温度は１００℃である。反応器を約１５０℃で大きいスケールで動作させるため、および１５０℃で触媒がさらされる熱応力が最小になるため、さらに好ましい還元温度は１５０℃である。
【図１Ａ】
2013534471.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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