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"Perfectionnementsà la préparation de catalyseurs et à leur utilisation pour l'isomérisation d'hydrocarbures paraffiniques".
La présence invention est relative à la prépara- tion de catalyseurs et à l'utilisation de ceux-ci pour l'isomé- risation d'hydrocarbures paraffiniques C4 ou supérieurs bouil- lant dans la gamme d'ébulition de l'essence, c'est-à-dire jus- qu'à 204 C., et ce à des températures allant jusqu'à 240 C., et plus particulièrement pour l'isomérisation de pentanes et/ou hexanes.
Le terme" isomérisation ". englobe à la fois la conver- sion de paraffines normales en isoparaffines et a conversion
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dl isoparaf f ines en isoparaffines ayant un degré supérieur de ramification. tt1som rilation à basse température d'hydrocar- bures paraffiniques C4 et: supérieure bouillant dans la gamme d'ébullition de l'essence peut Atre réalisée avec certain' ca-
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talyseurs cont enantillalu4ïne, de un métal du groupe du plat1n1 et du chlore.
Un catalyseur particulièrement convenable peut être préparé par le procédé revendiqué dans les demande. de brevet britanniques N 30821/60 et 36154/60. L'utilisation du catalyseur pour une isomérisation à basse température est re-
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vendiquée dans les demandes de gevet britannique. H* 29542/61 et 29543/61.
La présente invention concerne la préparation de catalyseurs dtunn manière qui, entre autres, donne à ces catalyseurs une activité améliorée pour une isomérisation à bes- se température
Suivant la présente invention, un procédé de pré- parât ion d'un catalyseur comprend la mise en contact d'un Oxyde inorganique halogénable avec' un composé de la formule générale ?
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dans laquelle X et Y peuvent être identiques ou différente et
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sont choisis parmi H, Cle Br, F ou SCI# ou dans laquelle X et Y peuvent représenter ensemble 0 ou S,
sotte des conditions non réductrices et à une température telle que le chlore toit fixé par l'oxyde sans production de chlorure inorganique libre, et ensuite la mise en contact du composé chloré avec un gaz conte- nant de l'oxygène, à une température élevée. Cette sise en con- tact avec un gaz contenant de l'oxygène sera appelée ci-après "calcinât ion".
L'oxyde inorganique, outre qu'il doit être halo-
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génable sous le* conditions spécifiées ci-dessus, devrait éga- lement présenter les caractéristiques physiques désirées pour qu'il convienne comme catalyseur de conversion d'hydrocarbures.
Il est constitue de préférence par un oxyde réfractaire choisi dans les groupes III à V du Tableau Périodique, par exemple 1' alumine, l'anydride borique,, la silice, l'oxyde de titane ou la zircone. Des mélanges de deux ou plusieurs oxydes inorgani- ques peuvent être utilisés si on le désire, l'un de ceux-ci é- tant de préférence l'alumine. L'oxyde réfractaire préféré est l'alumine. La présente invention sera décrite ci-après, pour la facilité, en se référant à l'oxyde inorganique préféré, c'est- à-dire à l'alumine.
L'une quelconque des formes d'alumine convenant comme base pour les catalyseurs de reforming peut être utili- sée, mais une forme particoulièrement préférée est celle déri- vant d'un précurseur d'hydrate d'alumine, dans lequel le tri- hydrate prédomine. Une forme contenant une proportion majeure de ss -alumine trihydratée convient particulièrement. Une métho- de commode de préparation de l'alumine se fait par hydrolyse d'un alcoolate d'aluminium. par exemple de l'isopropylate d' aluminium, dans un solvant hydrocarbure inerte, par exemple du benzène.
Les autres conditions étant égales, plus la quantité de chlore fixée, par l'alumine est élevée, plus élevée est l'ac- tivité du catalyseur et puisque, comme signalé précédemment, la qu'utitu maximum de chlore qui peut être ajoutée est propor- tionnelle à l'aire superficielle, il est désirable que l'alumi- ne ait une aire superficielle élevée, par exemple supérieure à 250 m2/gramme, de préférence supérieure à 300 m2/gramme,
Le catalyseur contient, de préférence, une peti- te proportion, par exemple moins de 25 % en poids, d'un métal ou d'un composé métallique ayant une activité hydrogénante, choisi parmi les groupes Via ou VIII du Tableau Périodique.
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Le métal préféré est un métal du groupe du platine qui peut tre présent en une quantité de 0,01 à 5 % en poids, de prête*. rence de 0,1 à 2 % en poids. Le métal préféré du groupe du pla- tine est le platine lui-même
Le métal hydrogénant est avantageusement incor- pore à l'alumine avant le traitement avec le chlore,
Primafacie,
le traitement de chloration qui a pour effet d'ajouter du chlore à certains groupes superficiels réactifs avec enlèvement d'atomes d'oxygène ne devrait pas doit. ner lieu à des réactions quelconques qui nécessiteraient un traitement ultérieur d'oxydation et la raison pour laquelle le traitement à l'oxygène est avantageux n'est Va connue avec cer- titude.
On a cependant observé qu*il est très avantageux que le composé de chloration contienne du soufre ( par exemple lors- qu'il s'agit de tétrachlorure de thiocarbonyle, CCl3SCl) ou que le catalyseur contienne un métal du groupe du platine. On sup- pose, en conséquence, que le soufre présent dans le composé' de chloration ou sous forme d'impuretés dans les qualités com- merciales des autres composes de chloration réagit avec l'alu- mine ou, plus particulièrement, avec le métal du groupe du pla- tine en donnant un catalyseur d'activité inférieure. On a éga- lement observé que l'oxyde de carbone peut être un produit du traitement de chloration, cet oxyde étant connu comme étant for- tement chemisorbé par le platine, avec un blocage résultant de la surface efficace du platine.
Ce soufre ou cet oxyde de car- bone sont enlevés par oxydation dans la phase de traitement ul- térieur, ce qui augmente ainsi l'activité du catalyseur,
La phase est convenablement mise en couvre dans de l'air, bien qu'on puisse utiliser, si on le désire, de 1' oxygène ou des mélanges d'oxygène avec un ou des gaz inertes, On a observé qu'un chauffage dans un gaz inerte seul n'est pas avantageux.
La température utilisée devrait être nettement in-
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Prieure celle à laquelle des dégâts au catalyseur peuvent se produire (par exemple, la conversion de l'alumine du cet*. lyseur en [alpha]-alumine, ou la cristallisation du métal du groupe du platine, si un tel métal est présent) et une gamme globale convenable va de 500 à 1200 F. La gamme préférée de températu- res pour la phase de calcination va de 500 à 1000 F., plus par. ticulièrement de 600 à 900 F. La durée de la calcination est de préférence d'au moins une heure, en pouvant être de façon convenable de l'ordre de 1 à 24 heures.
D'autres caractéristiques de la préparation du catalyseur peuvent être telles que décrites dans les demandes de brevet britanniques N 30821/60 et 36154/60, C'est ainsi qu'une caractéristique particulière est la forme spécifique de la chloration qui produit des catalyseurs actifs pour une con- version à basse température.
Les exemples suivantes de composés donnant des catalyseurs actifs et inactifs illustrent la nature particuliè- re des composés utilisés.
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Composés <SEP> donnant <SEP> des <SEP> Composes <SEP> donnant <SEP> des
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<tb> catalyseurs <SEP> actifs <SEP> catalyseurs <SEP> .-Inactifs
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<tb> Tétrachlorure <SEP> de <SEP> cabone <SEP> (CC14) <SEP> Acide <SEP> chlorhydrique <SEP> (HC1)
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<tb> Chloroforme <SEP> (CHCl3) <SEP> Chlore <SEP> (Ci <SEP> 2) <SEP>
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<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> méthylène <SEP> (CH2Cl2) <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> méthyle <SEP> (CH3Cl)
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dichlorodifluorométhane <SEP> (CCl2F2) <SEP> Chlorure <SEP> d'acétyle <SEP> (CH3COCl)
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<tb> Trichlorobromométhane <SEP> (CCl3Br) <SEP> Dichloroéthane <SEP> (CH2Cl-CH2Cl)
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<tb> Tétrachlorure <SEP> de <SEP> thlocarbonyle <SEP> (CCl3SCl)
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<tb> Têtrachloroéthane <SEP> (CHCl2-CHCl2)
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<tb> Tétrachloroéthylène <SEP> (CCl=CCl2)
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Dans le cas de composés contenant des éléments autres que le chlore, le carbone et l'hydrogène, le traitement peut ajouter les autres éléments au catalyseur en plus du chlore.
Par exemple, un traitement avec du dichlorodifluorométhane a
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pour résultat la fixation à la fois de chlore et de fluor' sur le catalyseur. On a du reste trouvé que de catalyseurs ainsi préparés sont encore actifs pour une conversion à basse tempé- rature, et qu'ils peuvent avoir en outre d'autres propriétés résultant de l'addition des autres éléments, On a également trouvé que de petites quantités d'halogènes (notamment le chlo- re) qui peuvent être présentes dans l'Alpine avant la traite- ment de chloration de la présente invention n'affectant pas l' activité des catalyseurs pour une conversion à basse températu- re.
C'est ainsi que l'alumine utilisée peut déjà contenir jus- qu'à 1 % en poids de chlore et/ou de fluor , comme lorsque, par exemple, la matière initiale qui est chlorée par le procé. dé de la présente invention est un catalyseur normalement uti-
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tilisé pour le refirmîng d'hydrocarbures dé la gamme d'ébulli- tion de l'essence. Les composés préférés donnant des catalyseurs actifs sont le tétrachlorure de carbone, le chloroforme et le chlorure de méthylène.
Les composés couverts par la formule générale dans laquelle X &t Y forment ensemble 0 ou S sont le phosgène
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et le thîophostêne,
La quantité de chlore ajoutée au catalyseur est de préférence de l'ordre de 1 à 15 % en poids, la quantité pré- cise dépendant de l'aire superficielle telle que mesurée par une absorption d'azote à basse température, On a trouvé que la quantité maximum de chlore qui peut être ajoutée sans formation de chlorure d'aluminium libre est proportionnelle à l'aire su- perficielle initiale du catalyseur et est d'environ 3 à 3,5 x 10-4 grammes/m2. Une chloration maximum est préférée, mais des quantités inférieures de chlore donnent encore des catalyseurs actifs, une gamme convenable allant, par conséquent, de 2 x
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io-4 à 3,5 x io"h grammes/m 2.
Les conditions non réductrices utilisées pour
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la chloration peuvent être des conditions inertes ou oxydantes, ces dernières étant préférées. Une méthode commode de mise en ! contact de l'alumine consiste à faire passer un courant gazeux du composé de chlore sur l'alumine, soit seul, soit, de préfé- rence, dans un gaz porteur non réducteur, Des exemples de gaz porteurs convenables sont l'azote, l'air ou l'oxygène.
Les conditions non-réductricessont essentielles, car des conditions réductrices tendent à convertir le composé de chlore en acide chlorhrique, ce qui donne un catalyseur in- actif, La température pour la chloration peut être'de 149 à 593*C. La tendance à la formation de chlorure d'aluminium li- bre augmente avec la température et il faut par conséquent prendre des précautions lorsqu'on utilise les température : les plus élevées de la gamme signalée, Comme les températures uti- lisées seront normalement supérieures à la température de vola- tilisation du chlorure d'aluminium. la formation de chlorure d'aluminium libre est facilement décelée par son apparition ' dans les produits de réaction gazeux.
Lorsqu'on traite un compo- sé d'alumine et d'un métal du groupe du platine, des précau- tions doivent également: Être prises pour empêcher la formation de complexes de platine volatils/la tendance à la formation de tels complexes augmentant à nouveau avec une augmentation de la température. Lorsqu'on traite des composés d'alumine et d'un métaldu groupe du platine, la température est de préférence de 149 à 371 C., les composes de platine-sur-alumine étant plus particulièrement traités à 232 à 316 C. et les composés de pal- ladium-sur-alumine à 260-343 C.
La réaction de chloration est exothermique et les températures spécifiées sont les températu- res initiales utilisées. te taux d'addition du composé de chlore est de préférence aussi faible que praticable pour assurer une chlo- ration uniforme et pour éviter une augmentation rapide de la
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température à la suite de la réaction exothermique.
La taux d' addition n'excède de préférence pas 1,3 % en poids du cataly. seur par minute, Si on utilise un gaz porteur, le taux de cir- culation est de préférence d'au moins 200 volumes/volume de- catalyseur/heure, une gamme convenable étant de 200 à 1000 volumes/volume/heure. La pression utilisée est, de façon conve- nable, la pression atmosphérique.
Le catalyseur actif est susceptible d'hydrolyse en présence d'eau et il devrait par conséquent être emmagasiné sous des conditions anhydres. De mène, les matières utilisées dans la préparation du catalyseur devraient .également être exemptes d'eau.
En tenant compte du mécanisme supposé par lequel la présente invention améliore l'activité du catalyseur, il sera évident que le procédé de préparation est susceptible de donner des catalyseurs ayant une activité améliorée pour un car- tain nombre de réactions de conversion d'hydrocarbures â basse température, spécialement des réactions qui sont affectées par la présence du soufre et/ou des réactions qui demandent que le métal du groupe du platine, s'il est présent, soit à l'état non sulfuré.
Cependant, le procédé de préparation convient par. ticulièrement pour des catalyseurs qui sont employés pour une isomérisation à basse température et la présente invention en- globe un procédé pour l'isomérisation d'hydrocarbures paraffi- niques C4 et supérieurs bouillant dans la gamme d'ébullition de l'essence, ce procède comprenant la mise en contact des hydro- carbures en présence d'hydrogène et à une température inférieu- re à 400 F. avec un catalyseur préparé comme décrit ci-dessus.
La charge d'alimentation au procédé d'isomérie.- tion à basse température est de préférence une charge contenant une proportion majeure de pentanes, d'hexanes, ou d'un mélange de ces paraffines. Une charge d'alimentation contenant une pro-
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portion ..j'6 d'bexanol est particulièrement préfère. Si on désira ilamét1..r des paraffinée normal.. seulement, la charge d'alimentation peut d'abord être traitée pour séparer les paraf- fines normales'des autres hydrocarbures, et les paraffines nor-
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males ,8ont mises en contact avec le catalyseur ü'1.omari.ation.
Une telle séparation peut 3tre effectuée convenablement 8 r des aux tamil dits moléculaires.
Le produit de la réaction d'isomérisation peut de mène être traité pour récupérer les paraffines normales non converties, qui peuvent être recyclées à la zone de réaction d'
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i8omérisatlo. Une telle séparation peut également être conve- nablement effectuée grâce aux tamis dits moléculaires.
La charge d'alimentation est avantageusement exemp- te de soufra, d'eau et d'hydrocarbures aromatiques. Elle a éga- lement avantageusement une faible teneur d'hydrocarbures naphté- niques.
L'isomérisation peut être réalisée sous les condi. tiona suivantes, en phases liquide ou vapeur :
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Température ! 50*4GQ F, de préférence 150-350 ré Pression atmosphérique 2000 livres/pouce car/,' de préférence 225-1000
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Vitesse spatiale 0,05-10 vol/voliheuret de préférence 0,2-5 Rapport molaire hydro-
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gene/hydrocarbures OeOI-20/le de préférence 1,5*15/1 Si on le désire, l'acide chlorerique ou un compo.
sé donnant lieu à celui-ci sous les conditions de réaction (par
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exemple le tétrachlorure de carbone) peuvent être ajoutée *a la zone de réaction, soit directement, soit par addition à la char- ge d'alimentation ou au gaz contenant de l'hydrogène utilisé,
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L'acide halhydri lue est de préférence présent en une quantité allant jusqu'à 1 % en poids de la charge d'alimentation .
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L'invention est musclé par le* exemple. sui- vanta.
Exemple 1
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1. b'itt.\l;! .,,. ±1..!.\y'eI 6...ft'lt! 30 ml. d'un cmrose clerial de platine et d-alumine, conte*' ndnt 0#17 pour-cent en poids d. platine et 0 pour-cent en poids de chlore sur de l'alumine éta1l$nt' traité, de la Duud.irt suivante :
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a) Le compos était: séché dans un courant d'azote à ,00-,,, pen- dant 2 heures. La vitesse spatiale horaire du gaz utilisée durant tout le traitement était de 500 vol#esvoluuc/heure, une opération à circulation descendante étant utilisée; b) Le composé séché était traite avec 24 pour cent en poids (par rapport au poids du catalyseur chargé) de tétrachlorure de carbone à 500 F. Le gaz porteur était de l'azote et était envoyé
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a travers un "saturateur" de tétrachlorure de carbone à la tem- pérature ambiante.
De cette manière,la quantité requise de tétrachlorure de carbone en vapeur passait sur le composé en 1 heure; c) Le catalyseur traité était balayé avec de l'azote à 500 F. pendant une heure supplémentaire et ensuite déchargé dans un récipient sec étanche à l'air. Le traitement avait donné au compose une augmentation de poids de 6 pour cent en poids. La , teneur de chlore du catalyseur traita frais était de 11,3 pour* cent en poids.
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2. lrllra.1.n d..qt,J,:se},l...ljtli!
30 ml. d'un composé commercial de platine et d'Alumine, conte- nant 0,57 pour-cent en poids de platine et 0,81 pour-cent en poids de chlore sur de Illumine, étaient traités exactement comme pour le catalyseur A.
A la fin du traitement avec le tétra- chlorure de carbone, le catalyseur était purgé avec une circu- lation d'air sec (taux de circulation de 500 vol/vol/heure)
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et la température 4g catalyseur étftit dlevde à µ00*?, et main- fïenue à peepe température pendant 2 heure*, Le catalyseur était ensuite Fefrgt4 JuiJ'l 1 température ambiant* sous Mote et déchargé 44pu un ?ée épient eee, ét4neho à l'air, Le traitement <tvⅈ
donné au composé une augmentation de poids de 7,25 pour- cent:, t4 teneur 4% chlove du catalyseur traité frais était de 55 pour-oe4p en. pos, lys eu¯ro Leo dOU4 fltfulyiaugf préoêdents étaient vérifiés pour ce qui çoncomo tour acSi-vi-té 4* tsomérlaatton à basse température, en fattant ima fpasj5|0 C6 sau.rr daartxutia, provenant dfune eaefenre têgbto da raffinerie, contenant 0 l pour-cent en po±4* 4!* tsdjfyachloture de carbone eetfimc additif de charge d'à- iment4clon, çondisioas du test d'activité étaient les oui.
vanssg rZmf4%$p²$ I *# 70* fvmHm 230 ,.rrsa,u carré Vitesse 414 twvn 4 |iqutd vct.1'tr tt4çivie0e du catalyseur était vérifiée par la eonvaTilon 4 païgoeu =quO de I#hexUne en 2, 2-dimè*thyl butane, <!!e<6' expe4md pge 14 sonsentracion (en pour-cent en Tableau 1 iuivant rdoume le rdoultate des tests 41#0tvt4
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ËNËalvteuf Cotweiïm 2,2-diMetbune, ''T 914 çopt,on P:tdo PrQ4%lit Hon stabilisé hot;ttpn 12 heimop 18 ho4eon 36 s' 4 eux .â.eat.c A ? m ,5 20 9,3 1%4 2405 j&JL , 2, 24$5
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Ces résultats montrent qU4 le traitement de eze c1nation donné au catalyseur B a amené une amélioration de il activité du cyeauy, en donnant une conversion plus élevé* par passage 4'.nv;on 4 pour-cenc en poids de %)% 4%&%)w%\M$m*) comparativement 4vec le catalyseur A.
30 mt.. d'un, çofpposé co=erclal de platine. d'.lU1$:Ln. et 4<' chlore, çv Pçm4ne 0,1? pour-cent en poids de platine et 088 pour-cent tm poqp de chlpre sur de l'alumine étai4)nt e:'a).t! comme PQ: - ca..ya'9' 9. Pans ce cas, cependant. |.e t:K'$it:ot mene haute température était réalisé sous un courant d'.zoce sec ( 500 VP/vl)l/J:Jg13'e ), te traitement donnait ILOU une 4'4'" mentation de poids dg composé de 6e7 pour cent, La teneur de chlore du ç4p4;,ypo= frais était de 10,5 pour-cent en potdu, s pour le toot 4'actvtté du C.t4y,¯ étaient 34Qtent pomb44es à galles prévues Po= voilier' les catalyseurs A et B de l'exemple i, Les résultat: obtenu.
,sont dOnA$ 49 tableau 2 suivant.
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Cafcal-wBftu* Converti ton en 2,2-jLs!et:hyl!9u<:$pet, Cat!fW pour-cent en poids de produit 1qu1de non Itab11ilé 6 heures 18 heures 30 heures 36 heures
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C t9 19t5 19 1G
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On verra que la chauffage du catalyseur dans de
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l'azote n'avait pas d'effet intéressant., l'4ct1vitd du catsly<' seur étant 14 même que pour le catalyseur A non traita de 10
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Exemple 1.
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.mJ. l.é8:I!,.n'OdH Ç4t; 65 grammes d'un composé commeroial de platine et d'alumine,
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comprenant 0,17 pour-cent en poids de platine et 0,8!. pour-cent en poids de chlore sur dei l'alumine étaient chargés dans un réacteur tuberaire vertical et séchés sous un courant d'azote de 40 litres par heure pendant deux heures à 500 F. On ajoutait goutte à goutse 13,6 grammes de tétrachlorure de thiocarbonyle (CCl3SCl) au courant d'azote d'admission sur une période de 16 minutes et le catalyseur traité était ensuite purgé avec de 1' azote pendant une heure supplémentaire.
Avec refroidissement jusqu'à la température ambiante, le catalyseur était rapidement déchargé dans un récipient sec étanche à l'air. Le traitement avait pour résultat une augmentation de 7,1 pour-cent du poids du catalyseur. La teneur de chlore du catalyseur frais était de 11 pour-cent en poids et la teneur de soufre était de 0,47 pour-cent en poids,
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é axa r, d"c",
26 grammes du catalyseur D étaient calcinés dans une circu- lation d'air de 40 litre par heure à une température de 900 F. pendant 1 heure et ensuite refroidis jusqu'à la température ambiante et déchargés dans un récipient sec étanche à l'air.
La teneur de chlore du catalyseur était de 9,1 pour-cent en poids, tandis quela teneur de soufre était de 0,33 pour-cent en poids.
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Ies t d' aciv.i1;e, de,$ }êttf.IW:f!, n ,,ç.l
Les conditions du test d'activité étaient les mêmes que pour les catalyseurs A, B et C. Les résultats obtenus sont donnés au Tableau 3 suivant.
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Tableau 3
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l'.lt".9tiv:ilI::é d81 C!1;;.!-1it3!:t:I"tt.('iÇ.,!
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catalyseur Conversion en 2.2wddthylbutan..
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% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> produit <SEP> liquide
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<tb> 6 <SEP> heures <SEP> 12 <SEP> heures <SEP> 21 <SEP> heures <SEP> 39 <SEP> heures
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,5 <SEP> 3 <SEP> 3
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<tb>
<tb>
<tb> 15,5 <SEP> 18,5 <SEP> 19,5
<tb>
L'avantage particulier obtenu en utilisant la présente invention, lorsque le composé de chloration contient du soufre, sera .aisément évident en considérant ce Tableau 3.
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.v.ENQAJ:9N?
1.
Un procédé de préparation d'un catalyseur, comprenant la mise en contact d'un oxyde inorganique halogéna- ble avec un composé de la formule générale :
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dans laquelle X et Y peuvent âtre identique. ou différent. et sont constitués par H, Cl, Br, F ou SCl, ou dans laquelle X et
Y forment ensemble 0 ou S, sous des conditions non réductrice et à une température telle que le chlore soit fixé par l'oxyde sans production de chlorure inorganique libre, et ensuite la mise en contact du composé chloré avec un gaz contenant de 1' oxygène à une température élevée.
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"Improvements in the preparation of catalysts and their use for the isomerization of paraffinic hydrocarbons".
The present invention relates to the preparation of catalysts and to the use thereof for the isomerization of paraffinic hydrocarbons C4 or higher boiling in the gasoline boiling range, that is, that is to say up to 204 C., and this at temperatures ranging up to 240 C., and more particularly for the isomerization of pentanes and / or hexanes.
The term "isomerization". embraces both the conversion of normal paraffins to isoparaffins and the conversion
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dl isoparaffins fines in isoparaffins having a higher degree of branching. Low temperature breakdown of paraffinic hydrocarbons C4 and: above boiling range of gasoline boiling can be achieved with certain 'capacity.
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Analyzers contain enantillalu4in, a metal from the plat1n1 group and chlorine.
A particularly suitable catalyst can be prepared by the process claimed in the applications. British Patent Nos. 30821/60 and 36154/60. The use of the catalyst for low temperature isomerization is re-
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sold in British gevet applications. H * 29542/61 and 29543/61.
The present invention relates to the preparation of catalysts in a manner which, inter alia, gives such catalysts improved activity for low temperature isomerization.
In accordance with the present invention, a process for preparing a catalyst comprises contacting a halogenatable inorganic oxide with a compound of the general formula?
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in which X and Y may be the same or different and
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are chosen from H, Cle Br, F or SCI # or in which X and Y can together represent 0 or S,
stupid non-reducing conditions and at a temperature such that the chlorine fixed by the oxide without the production of free inorganic chloride, and then contacting the chlorinated compound with an oxygen-containing gas, at an elevated temperature . This contact with an oxygen-containing gas will hereinafter be referred to as "calcination".
Inorganic oxide, besides having to be halo-
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genable under the conditions specified above, should also exhibit the desired physical characteristics for it to be suitable as a hydrocarbon conversion catalyst.
It is preferably constituted by a refractory oxide selected from groups III to V of the Periodic Table, for example alumina, boric anhydride, silica, titanium oxide or zirconia. Mixtures of two or more inorganic oxides can be used if desired, one of these preferably being alumina. The preferred refractory oxide is alumina. The present invention will hereinafter be described, for convenience, with reference to the preferred inorganic oxide, i.e., alumina.
Any of the forms of alumina suitable as a base for reforming catalysts can be used, but a particularly preferred form is that derived from an alumina hydrate precursor, wherein the trihydrate predominates. A form containing a major proportion of ss -alumina trihydrate is particularly suitable. A convenient method of preparing alumina is by hydrolysis of an aluminum alkoxide. for example aluminum isopropylate, in an inert hydrocarbon solvent, for example benzene.
The other conditions being equal, the higher the quantity of chlorine fixed by the alumina, the higher is the activity of the catalyst and since, as mentioned previously, the maximum amount of chlorine that can be added is propor - relative to the surface area, it is desirable that the aluminum has a high surface area, for example greater than 250 m2 / gram, preferably greater than 300 m2 / gram,
The catalyst preferably contains a small proportion, for example less than 25% by weight, of a metal or of a metal compound having hydrogenating activity, selected from groups Via or VIII of the Periodic Table.
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The preferred metal is a metal from the platinum group which can be present in an amount of 0.01 to 5% by weight, ready *. from 0.1 to 2% by weight. The preferred metal of the platinum group is platinum itself.
The hydrogenating metal is advantageously incorporated into the alumina before the treatment with chlorine,
Primafacie,
the chlorination treatment which has the effect of adding chlorine to certain reactive surface groups with the removal of oxygen atoms should not be required. Any reactions which would require further oxidation treatment and the reason why oxygen treatment is advantageous are not known with certainty.
However, it has been observed that it is very advantageous if the chlorinating compound contains sulfur (eg when it is thiocarbonyl tetrachloride, CCl3SCl) or that the catalyst contains a platinum group metal. It is therefore assumed that the sulfur present in the chlorinating compound or as impurities in the commercial grades of other chlorinating compounds reacts with alumina or, more particularly, with the metal. of the platinum group to give a catalyst of lower activity. It has also been observed that carbon monoxide can be a product of the chlorination treatment, this oxide being known to be highly chemisorbed by platinum, with blockage resulting from the effective surface area of the platinum.
This sulfur or carbon monoxide is removed by oxidation in the subsequent treatment phase, which thus increases the activity of the catalyst,
The phase is suitably covered in air, although oxygen or mixtures of oxygen with inert gas (s) can be used, if desired. It has been observed that heating in inert gas alone is not advantageous.
The temperature used should be significantly lower.
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Prior to that at which damage to the catalyst can occur (for example, conversion of alumina from this lyser to [alpha] -alumina, or crystallization of the platinum group metal, if such a metal is present) and a suitable overall range is 500 to 1200 F. The preferred temperature range for the calcination phase is 500 to 1000 F., plus par. particularly from 600 to 900 F. The duration of the calcination is preferably at least one hour, suitably being of the order of 1 to 24 hours.
Other characteristics of the preparation of the catalyst may be as described in UK patent applications Nos. 30821/60 and 36154/60. Thus a particular characteristic is the specific form of chlorination which produces active catalysts. for low temperature conversion.
The following examples of compounds providing active and inactive catalysts illustrate the particular nature of the compounds used.
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<SEP> compounds giving <SEP> of <SEP> Compounds <SEP> giving <SEP> of
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<tb> active <SEP> catalysts <SEP> <SEP> catalysts.-Inactive
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<tb> Tetrachloride <SEP> of <SEP> cabone <SEP> (CC14) <SEP> Hydrochloric acid <SEP> <SEP> (HC1)
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<tb> Chloroform <SEP> (CHCl3) <SEP> Chlorine <SEP> (Ci <SEP> 2) <SEP>
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<tb> <SEP> Methylene <SEP> <SEP> (CH2Cl2) <SEP> Methyl <SEP> <SEP> Chloride <SEP> (CH3Cl)
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<tb> Dichlorodifluoromethane <SEP> (CCl2F2) <SEP> Acetyl chloride <SEP> <SEP> (CH3COCl)
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<tb> Trichlorobromomethane <SEP> (CCl3Br) <SEP> Dichloroethane <SEP> (CH2Cl-CH2Cl)
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<tb> Thlocarbonyl <SEP> tetrachloride <SEP> <SEP> (CCl3SCl)
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<tb> Tetrachloroethane <SEP> (CHCl2-CHCl2)
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<tb> Tetrachlorethylene <SEP> (CCl = CCl2)
<tb>
In the case of compounds containing elements other than chlorine, carbon and hydrogen, the treatment can add the other elements to the catalyst in addition to chlorine.
For example, treatment with dichlorodifluoromethane has
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results in the attachment of both chlorine and fluorine to the catalyst. It has, moreover, been found that catalysts thus prepared are still active for low temperature conversion, and that they may furthermore have other properties resulting from the addition of the other elements. It has also been found that small amounts of halogens (especially chlorine) which may be present in Alpine prior to the chlorination treatment of the present invention not affecting the activity of the catalysts for low temperature conversion.
Thus, the alumina used may already contain up to 1% by weight of chlorine and / or fluorine, as when, for example, the starting material which is chlorinated by the process. of the present invention is a catalyst normally used.
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Used for refirming hydrocarbons from the gasoline boiling range. Preferred compounds providing active catalysts are carbon tetrachloride, chloroform and methylene chloride.
The compounds covered by the general formula in which X & t Y together form 0 or S are phosgene
EMI6.2
and thîophostene,
The amount of chlorine added to the catalyst is preferably in the range of 1 to 15% by weight, the precise amount depending on the surface area as measured by nitrogen absorption at low temperature. It has been found that the maximum amount of chlorine that can be added without formation of free aluminum chloride is proportional to the initial surface area of the catalyst and is about 3 to 3.5 x 10-4 grams / m2. Maximum chlorination is preferred, but lower amounts of chlorine still give active catalysts, a suitable range therefore being 2 x
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io-4 to 3.5 x io "h grams / m 2.
The non-reducing conditions used for
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the chlorination can be inert or oxidizing conditions, the latter being preferred. A convenient method of setting! contact with the alumina consists in passing a gas stream of the chlorine compound over the alumina, either alone or, preferably, in a non-reducing carrier gas. Examples of suitable carrier gases are nitrogen, 'air or oxygen.
Non-reducing conditions are essential, since reducing conditions tend to convert the chlorine compound to hydrochloric acid, resulting in an inactive catalyst. The temperature for the chlorination can be 149-593 ° C. The tendency to form free aluminum chloride increases with temperature and therefore care should be taken when using the temperatures: the higher of the reported range, as the temperatures used will normally be above the temperature of volatilization of aluminum chloride. the formation of free aluminum chloride is readily detected by its occurrence in the gaseous reaction products.
When treating a compound of alumina and a platinum group metal, precautions should also: Be taken to prevent the formation of volatile platinum complexes / the tendency to form such complexes increasing at again with an increase in temperature. When treating compounds of alumina and a platinum group metal, the temperature is preferably 149 to 371 ° C., platinum-on-alumina compounds being more particularly treated at 232 to 316 C. and palladium-on-alumina compounds at 260-343 C.
The chlorination reaction is exothermic and the temperatures specified are the initial temperatures used. The rate of addition of the chlorine compound is preferably as low as practicable to ensure uniform chlorination and to avoid a rapid increase in the chlorine compound.
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temperature as a result of the exothermic reaction.
The rate of addition preferably does not exceed 1.3% by weight of the catalyst. If a carrier gas is used, the flow rate is preferably at least 200 volumes / volume of catalyst / hour, a suitable range being 200 to 1000 volumes / volume / hour. The pressure used is suitably atmospheric pressure.
The active catalyst is susceptible to hydrolysis in the presence of water and should therefore be stored under anhydrous conditions. Accordingly, the materials used in the preparation of the catalyst should also be free of water.
Taking into account the supposed mechanism by which the present invention improves the activity of the catalyst, it will be evident that the preparation process is capable of yielding catalysts having improved activity for a number of hydrocarbon conversion reactions. low temperature, especially reactions which are affected by the presence of sulfur and / or reactions which require the platinum group metal, if present, to be in an unsulfurized state.
However, the preparation process is suitable by. Particularly for catalysts which are employed for low temperature isomerization and the present invention encompasses a process for the isomerization of C4 and higher paraffinic hydrocarbons boiling in the boiling range of gasoline, this process comprising contacting the hydrocarbons in the presence of hydrogen and at a temperature below 400 F. with a catalyst prepared as described above.
The feed to the low temperature isomerization process is preferably a feed containing a major proportion of pentanes, hexanes, or a mixture of these paraffins. A feedstock containing a pro-
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Particularly preferred is ..j'6 serving of bexanol. If only normal paraffins are desired, the feedstock can first be treated to separate normal paraffins from other hydrocarbons, and normal paraffins.
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males, 8ont contacted with the ü'1.omari.ation catalyst.
Such a separation can suitably be effected by so-called molecular tamils.
The product of the isomerization reaction can further be processed to recover normal unconverted paraffins, which can be recycled to the reaction zone.
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i8omerisatlo. Such a separation can also conveniently be carried out by means of so-called molecular sieves.
The feedstock is preferably free of sulfur, water and aromatic hydrocarbons. It also advantageously has a low content of naphthenic hydrocarbons.
Isomerization can be carried out under conditions. tiona, in liquid or vapor phases:
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Temperature ! 50 * 4GQ F, preferably 150-350 d Atmospheric pressure 2000 lbs / inch because /, 'preferably 225-1000
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Space velocity 0.05-10 vol / vol / vol / vol / hour, preferably 0.2-5 Water molar
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gene / hydrocarbons OeOI-20 / le preferably 1.5 * 15/1 If desired, chloreric acid or a compo.
se resulting in the latter under the reaction conditions (for
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eg carbon tetrachloride) can be added * to the reaction zone, either directly or by addition to the feedstock or to the hydrogen-containing gas used,
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The halhydrized acid is preferably present in an amount of up to 1% by weight of the feedstock.
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The invention is driven by * example. followed.
Example 1
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1. b'itt. \ L ;! . ,,. ± 1 ..!. \ Y'eI 6 ... ft'lt! 30 ml. of a standard rose of platinum and alumina, containing 0 # 17 percent by weight d. platinum and 0 percent by weight chlorine on standard treated alumina from the following Duud.irt:
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a) The compound was: dried in a stream of nitrogen at .00 - ,,, for 2 hours. The hourly space velocity of the gas used throughout the treatment was 500 vol # esvoluuc / hour, a downflow operation being used; b) The dried compound was treated with 24 percent by weight (based on the weight of the loaded catalyst) of carbon tetrachloride at 500 F. The carrier gas was nitrogen and was fed to
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through a carbon tetrachloride "saturator" at room temperature.
In this way, the required amount of vaporized carbon tetrachloride passed over the compound in 1 hour; c) The treated catalyst was flushed with nitrogen at 500 F. for an additional hour and then discharged into a dry airtight container. The treatment had given the compound a weight increase of 6 percent by weight. The chlorine content of the fresh treated catalyst was 11.3 percent by weight.
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2. lrllra.1.n d..qt, J,: se}, l ... ljtli!
30 ml. of a commercial compound of platinum and alumina, containing 0.57 weight percent platinum and 0.81 weight percent chlorine on Illumine, were treated exactly as for Catalyst A.
At the end of the treatment with carbon tetrachloride, the catalyst was purged with a circulation of dry air (circulation rate of 500 vol / vol / hour).
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and the temperature of the catalyst was raised to µ00 * ?, and kept at peepe temperature for 2 hours *. The catalyst was then at room temperature * under Mote and unloaded 44pu an eyeeeee, et4neho at l. 'air, Treatment <tv ⅈ
gave the compound a 7.25 percent weight increase: the 4% chlove content of the fresh treated catalyst was 55% oe4p in. pos, lys eūro Leo dOU4 fltfulyiaugf preoedents were checked for what çoncomo tour acSi-vi-té 4 * tsomérlaatton at low temperature, fatting ima fpasj5 | 0 C6 sau.rr daartxutia, coming from an eabtenre têgo 0 refinery, containing l percent in po ± 4 * 4! * carbon tsdjfyachlotide and iment4clon charge additive, activity test condisioas were yes.
vanssg rZmf4% $ p² $ I * # 70 * fvmHm 230, .rrsa, u squared Speed 414 twvn 4 | iqutd vct.1'tr tt4çivie0e of the catalyst was checked by the eonvaTilon 4 païgoeu = quO of I # hexUne in 2, 2 -dimè * thyl butane, <!! e <6 'expe4md pge 14 sonentracion (in percent in Table 1 following rdoultate of tests 41 # 0tvt4
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ËNËalvteuf Cotweiïm 2,2-diMetbune, '' T 914 çopt, on P: tdo PrQ4% lit Hon stabilized hot; ttpn 12 heimop 18 ho4eon 36 s' 4 them .â.eat.c A? m, 5 20 9.3 1% 4 2405 j & JL, 2, $ 24 5
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These results show that the eze c1nation treatment given to catalyst B brought about an improvement in the cyeauy activity, giving a higher conversion * per passage 4'.nv; on 4% by weight of%)% 4% &%) w% \ M $ m *) compared with 4 with catalyst A.
30 mt .. of a co = erclal platinum. of.lU1 $: Ln. and 4 <'chlorine, çv Pçm4ne 0,1? weight percent platinum and 088 tm poqp chlprous on prop alumina: 'a) .t! like PQ: - ca..ya'9 '9. In this case, however. |. and: K '$ it: ot led high temperature was carried out under a stream of dry zoce (500 VP / vl) l / J: Jg13'e), the treatment gave ILOU a 4'4' "rating of weight dg composed of 6e7 percent, The chlorine content of ç4p4;, ypo = fresh was 10.5 percent in potdu, s for the toot 4'actvtté of C.t4y, ¯ were 34Qtent pomb44es predicted Po = sailboat 'catalysts A and B of example i, The result: obtained.
, are dOnA $ 49 following table 2.
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Cafcal-wBftu * Convert ton to 2,2-jLs! And: hyl! 9u <: $ pet, Cat! FW percent by weight of product 1qu1de not Itab11ilé 6 hours 18 hours 30 hours 36 hours
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C t9 19t5 19 1G
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It will be seen that heating the catalyst in
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the nitrogen had no interesting effect., the 4ct1vitd of the catsly <'sister being 14 same as for the untreated catalyst A of 10
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Example 1.
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.mJ. l.é8: I!,. n'OdH Ç4t; 65 grams of a commercial compound of platinum and alumina,
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comprising 0.17 weight percent platinum and 0.8 !. weight percent chlorine over alumina were charged to a vertical tuber reactor and dried under a stream of nitrogen at 40 liters per hour for two hours at 500 F. 13.6 grams of tetrachloride were added dropwise. of thiocarbonyl (CCl3SCl) to the feed nitrogen stream over a period of 16 minutes and the treated catalyst was then purged with nitrogen for an additional hour.
With cooling to room temperature, the catalyst was rapidly discharged into a dry airtight container. The treatment resulted in a 7.1 percent increase in the weight of the catalyst. The chlorine content of the fresh catalyst was 11 weight percent and the sulfur content was 0.47 weight percent,
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é axa r, d "c",
26 grams of Catalyst D was calcined in a 40 liter per hour air flow at 900 F. for 1 hour and then cooled to room temperature and discharged into a dry airtight vessel. .
The chlorine content of the catalyst was 9.1 percent by weight, while the sulfur content was 0.33 percent by weight.
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Ies t d 'aciv.i1; e, de, $} êttf.IW: f !, n ,, ç.l
The conditions of the activity test were the same as for catalysts A, B and C. The results obtained are given in Table 3 below.
<Desc / Clms Page number 14>
Table 3
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l'.lt ".9tiv: ilI :: é d81 C! 1 ;;.! - 1it3!: t: I" tt. ('iÇ.,!
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catalyst Conversion to 2.2wddthylbutan ..
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% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> product <SEP> liquid
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<tb>
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<tb> 6 <SEP> hours <SEP> 12 <SEP> hours <SEP> 21 <SEP> hours <SEP> 39 <SEP> hours
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<tb>
<tb> 4.5 <SEP> 3 <SEP> 3
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<tb>
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<tb> 15.5 <SEP> 18.5 <SEP> 19.5
<tb>
The particular advantage obtained by using the present invention, when the chlorinating compound contains sulfur, will be readily apparent from considering this Table 3.
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.v.ENQAJ: 9N?
1.
A process for preparing a catalyst comprising contacting a halogenatable inorganic oxide with a compound of the general formula:
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in which X and Y can be identical. or different. and consist of H, Cl, Br, F or SCl, or in which X and
Y together form 0 or S, under non-reducing conditions and at a temperature such that the chlorine is bound by the oxide without production of free inorganic chloride, and then contacting the chlorinated compound with an oxygen-containing gas at high temperature.