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Die Disproportionierung gesättigter Kohlenwasserstoffe, auch Chevron-Prozess genannt, basiert auf einem Vorschlag von Thomas Hughes aus dem Jahr 1964. Der im Phillipp’s Triolefin Process genutzte Metathesekatalysator wird hierbei durch eine weitere Komponente ergänzt, die zusätzlich Dehydrier- und Hydrierreaktionen katalysiert. Somit wird die Metathesereaktion durch eine vorgelagerte Dehydrier- und eine nachgelagerte Hydrierreaktion zu einem
dreistufigen Reaktionssystem erweitert. 1973 wurde diese Reaktion erstmals von Burnett und
Hughes als Alkandisproportionierung beschrieben. In Analogie zum Phillip’s Triolefin Process werden lineare gesättigte Kohlenwasserstoffe mit gleicher Kettenlänge zu unterschiedlichen Produkten mit höheren und niedrigeren Molekulargewichten umgesetzt. Bei der MA werden entgegengesetzt langkettige und kurzkettige Kohlenwasserstoffe als Edukte genutzt, aus welchen die Moleküle mit den dazwischen liegenden Kettenlängen gebildet werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Disproportionierung von Alkanen (MR) an heterogenen, bifunktionellen Katalysatoren untersucht, um ein besseres Verständnis des Einflusses verschiedener Komponenten auf die Wirkweise und Flexibilität des Gesamtsystems zu erlangen. Zusätzlich wurde ein quantifizierbarer Bezug zwischen den verschiedenen Katalysatorkombinationen hergestellt. Um die in der Literatur beschriebenen Ergebnisse zu
reproduzieren, wurde zunächst eine Strömungsapparatur geplant, ausgelegt und konstruiert. In einer ersten Laufzeitmessung wurde das aus der Literatur bekannte Katalysatorsystem
(Pt/Li/γ-Al2O3 & WOX/SiO2) untersucht. Dadurch konnten die weiteren Laufzeitmessungen mit modifizierten Materialien in Relation zu den ursprünglichen Ergebnissen der Literatur gesetzt werden. Mit dem Ziel die katalytische Aktivität des Pt-basierten Katalysatorsystems zu verbessern, wurde der Li-Promotor der Pt-Teilkomponente variiert und durch Na, K und Sn ersetzt, bzw. ersatzlos entfernt. Bei einem zweiten Ansatz zur Untersuchung des katalytischen Verhaltens des Pt-Systems wurden die Trägermaterialen variiert. Hierzu wurde das γ-Al2O3 durch verschiedene mikroporöse und mesoporöse Materialien ersetzt.
Als Alternative zu dem in der Literatur ausführlich beschriebenen Pt-basierten Katalysatorsystem wurde in dieser Arbeit CrOx untersucht. In einer ersten
Versuchsreihe wurde die katalytische Aktivität des Systems in Abhängigkeit von der Cr-Beladung der Dehydrier-/Hydrierkomponente untersucht. In einer zweiten Versuchsreihe wurde, wie schon bei dem Pt-Katalysator, der Promotor der Dehydrier-/Hydrierkomponente evaluiert. Eine weitere Variation stellte die Untersuchung der mesoporösen Materialien MCM-41 und
SBA-15 als Trägermaterial der Metathesekomponente dar. Da, anders als bei Pt, für das Cr-basierte Katalysatorsystem vor dieser Arbeit keine Informationen zu dem katalytischen Verhalten in Abhängigkeit von den Betriebsparametern vorlagen, wurden in einer letzten Versuchsreihe die Betriebsbedingungen evaluiert.
Die Ergebnisse der durchgeführten Versuchsreihen mit zahlreichen Variationen in der Katalysatorzusammensetzung weisen auf eine hohe Flexibilität des bestehenden Systems im Hinblick auf den Austausch der Katalysatorkomponenten hin. In diesem Rahmen konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit untersuchten CrOx-basierten Katalysatoren eine realistische Alternative mit vielseitigen Optimierungsmöglichkeiten zu den bisher bekannten, Pt-basierten Systemen darstellt.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden ausgewählte weit- bis superweitporige Molekularsiebe mit unbekannter bzw. ungewöhnlicher Porenarchitektur hergestellt, chemisch-physikalisch charakterisiert und in sauer sowie bifunktionell katalysierten Testreaktionen erprobt. Untersucht wurde Zeolith ZSM-25, der zu den 12-Ring-Molekularsieben gezählt wird, dessen genaue Struktur aber bis heute unbekannt ist. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Molekularsieb nur eine sehr kleine innere spezifische Oberfläche besitzt. Weiterhin wurden die Synthese und die Eigenschaften von Zeolith NU-87, der aus einem Porensystem von sich kreuzenden 10- und 12-Ring-Kanälen aufgebaut ist, untersucht. Sowohl im Produktspektrum der Ethylbenzol-Disproportionierung als auch bei der bifunktionell katalysierten n-Decan-Isomerisierung konnten Bestätigungen für die ungewöhnliche Porenarchitektur gefunden werden. Für Zeolith ZSM-12 wurde der Aluminiumgehalt variiert und die erhaltenen Katalysatoren in der Ethylbenzol-Disproportionierung getestet. Dabei konnte anhand der Veränderungen in den Selektivitäten für die drei Diethylbenzol-Isomere gezeigt werden, dass das eindimensionale Porensystem dieses Zeoliths mit zunehmender Katalysators-Laufzeit immer stärker verkokt. Zeolith SSZ-24 ist isostrukturell zum Alumophosphat AlPO4-5 und wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals direkt (d.h. über Hydrothermalsynthese) hergestellt. Der Zeolith zeigt in der Disproportionierung von Ethylbenzol nur eine geringe katalytische Aktivität. Einen Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit stellte die Synthese und Charakterisierung von Molekularsieben mit IFR-Topologie (Silikat-Polymorph ITQ-4, Alumosilikat MCM-58, Gallosilikat [Ga] MCM-58, Borosilikat SSZ 42) dar. In der Disproportionierung von Ethylbenzol erwiesen sich HMCM-58 und [Ga] HMCM-58 als hochaktive Katalysatoren mit Umsätzen nahe dem berechneten thermodynamischen Gleichgewicht. Bifunktionelle Katalysatoren mit IFR-Struktur wurden in der Isomerisierung von n-Decan untersucht. Der superweitporige Zeolith UTD-1 (DON-Topologie) konnte mit einer selbst modifizierten Literaturvorschrift als Borosilikat hergestellt werden. Dieses wurde anschließend in das entsprechende Alumo- bzw. Gallosilikat überführt. In der Disproportionierung von Ethylbenzol und der Isomerisierung von n-Decan zeigten die Alumo- und das Gallosilikat-Katalysatoren nur eine sehr geringe katalytische Aktivität.