DD281757A5 - METHOD FOR MODIFYING A CRACK CATALYST - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung eines Crackkatalysators, der beim katalytischen Spalten von Kohlenwasserstoffen zur Benzingewinnung eingesetzt wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Modifizierung eines Crackkatalysators anzugeben, das eine Stabilisierung der Struktur des Katalysators und eine hohe Aktivitaet und Selektivitaet fuer die Benzingewinnung ermoeglicht. Erfindungsgemaesz wird dieses dadurch geloest, dasz der Katalysator in einer wasserdampfhaltigen Atmosphaere mit einem Wasserdampfgehalt von 2 bis 100 Volumenanteilen in % bei einer Temperatur im Bereich von 373 bis 873 K hydrothermal behandelt wird, bis die Oberflaeche des Katalysators um nicht mehr als 25% ihrer urspruenglichen Groesze schrumpft und die Gitterkonstante ao der Elementarzelle des Faujasit mindestens 24,45 Ao und hoechstens 24,60 Ao und die Zahl der Aluminium-Atome im Zeolithgitter mindestens 30 pro Elementarzelle betraegt. Die wasserdampfhaltige Atmosphaere wird durch Verdampfen der dem Katalysator anhaftenden Feuchtigkeit in einem Reaktor erzeugt.{Spaltkatalysator; Aktivitaet; Selektivitaet; Benzingewinnung; Spalten, katalytisch; Kohlenwasserstoffe; Atmosphaere, wasserdampfhaltig; Gitterkonstante; Elementarzelle; Wasserdampfgehalt}The invention relates to a process for modifying a cracking catalyst used in the catalytic cracking of hydrocarbons for gasoline recovery. The aim and object of the invention is to provide a process for the modification of a cracking catalyst, which enables a stabilization of the structure of the catalyst and a high activity and selectivity for the gasoline recovery. According to the invention, this is achieved by hydrothermally treating the catalyst in a water vapor-containing atmosphere having a water vapor content of 2 to 100 parts by volume at a temperature in the range of 373 to 873 K, until the surface of the catalyst is not more than 25% of its original Groesze shrinks and the lattice constant ao of the unit cell of faujasite is at least 24.45 Ao and at most 24.60 Ao and the number of aluminum atoms in the zeolite lattice is at least 30 per unit cell. The steam-containing atmosphere is generated by evaporating the moisture adhering to the catalyst in a reactor. {Cleavage Catalyst; Activity; Selectivity; Gasoline production; Columns, catalytic; hydrocarbons; Atmosphere, containing water vapor; Lattice constant; Unit cell; Water vapor content}
Description
28) 75728) 757
Titel der Erfindung Title of the invention
Verfahren zur Modifizierung eines CrackkatalysatorsProcess for modifying a cracking catalyst
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung eines Crackkatalysators, der beim katalytisehen Spalten von Kohlenwasserstoffen zur Benzingewinnung·eingesetzt wird.The invention relates to a process for modifying a cracking catalyst used in the catalytic cracking of hydrocarbons for gasoline recovery.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik Characteristic of the known state of the art
Das Spalten von hochsiedenden Erdölfraktionen ist das gebräuchlichste Verfahren, um die Ausbeute an Vergaserkraftstoff bei der Aufarbeitung des Rohöls bedeutend zu vergrößern. Besonders effektiv sind dafür Verfahren,- die Katalysatoren anwenden, wobei die Ausbeute an Vergaserkraftstoff signifikant beim Einsatz von zeol?thhaltigen Katalysatoren steigt. Es werdjn meistens mikrospärische Katalysatorteilchen, die aus einer amorphen Matrix aus hochschmelzenden Oxiden vorzugsweise Aluminiumoxid und Siliciumdioxid bestehen,angewendet, wobei die Matrix bis zu 20 Masseanteile in % Zeolith vom Faujasittyp enthält, dessen Alkali-Ionen ganz oder teilweise durch Ionen der Seltenen Erden ausgetauscht wurden sowie Bindemittel. Für eine hohe Ausbeute der hochsiedenden Erdölfraktion zu Vergaserkraftstoff werden Crackkatalysatoren benötigt, die sowohl eine hohe Spaltaktivität als auch eine hohe Selektivität für ein Flüssigprodukt im Siedebereich von Vergaseikraftstoff (C5 + - 180-2200C) besitzen, wobei die Oktanzahl (OZ) ein besonders wichtiges Qualitätsmaß für die Vergaserkraftstofffraktion des Crackproduktes ist. In der Praxis liefern aber Crackkatalysatoren mit der höchsten Aktivität Vergaserkraftstoffe mit niedriger Oktanzahl und umgekehrt (DE-OS-2 523 117). Nach R.M. Masagutow "Alumosilikatkatalysatoren unddie Änderung ihrer Eigenschaften beim Cracken von Erdölprodukten" (Russ.) Moskau 1975 sink1; die Ausbeute an Vergaserkraftstoff - Benzin beim Erhitzen verschiedener zeolithhaltiger Crackkatalysatoren auf 75O0C um ein Drittel bzw. bis auf die Hälfte. Dabei hatThe cracking of high-boiling petroleum fractions is the most common method of significantly increasing the yield of gasoline in the processing of crude oil. Particularly effective for this are methods, - apply the catalysts, the yield of gasoline gas significantly increases when using zeol ?thhaltigen catalysts. Microspherical catalyst particles consisting of an amorphous matrix of refractory oxides, preferably alumina and silica, are most commonly used, the matrix containing up to 20% by weight of faujasite-type zeolite whose alkali ions have been wholly or partially exchanged by rare earth ions as well as binders. For a high yield of high-boiling petroleum fraction to gasoline fuel cracking catalysts are required, which have both a high splitting activity and a high selectivity for a liquid product in the range of Vergaseikraftstoff (C 5 + - 180-220 0 C), wherein the octane number (OZ) a particularly important quality measure for the carburetor fuel fraction of the cracked product. However, in practice cracking catalysts with the highest activity provide low octane gasoline fuels and vice versa (DE-OS-2 523 117). According to RM Masagutov "Aluminosilicate Catalysts and the Alteration of their Properties in Cracking of Petroleum Products" (Russ.) Moscow 1975 sink 1 ; the yield of carburetor fuel - gasoline when heating various zeolite-containing cracking catalysts to 75O 0 C by one third and up to half. It has
trockene Luft als Umgebungsatmosphäre noch den geringsten Einfluß. Besonders aktivitätsmindernd wirkt sich auch das Erhitzen in einer Wasserdampfatmosphäre aus, ein Vorgang, der durch das Strippen des Katalysators im praktischen Betriebwgeschieht. Im Band 10 der Encyklopädie der technischen Chemie von Ulimann, 4. Auflage Seite 675 von 1975 ist beschrieben, daß die Matrix, in die der Zeolithanteil der Crackkatalysatoren eingebettet ist, bsi der Dampfbehandlung eine entscheidende Rolle spielt. So sinkt die Aktivität eines reinen mit Seltenen Erden ausgetai'schten Y-Zeolithen (SEHY) beim Cracken eines Standardeinsatzproduktes (Mid Continental Gasoil) von 67,8 % auf 6,3%. Werden dagegen nur 10 % derselben Zeolithen in eine Matrix eingebaut, so sinkt nach Dampfbehandlung die Aktivität nur von 67,5 % auf 58,2 %.dry air as ambient atmosphere still the least influence. Heating also has a particularly reduced activity in a steam atmosphere, a process which occurs when the catalyst is stripped in practical operation. Volume 10 of the Encyklopadie der technischen Chemie by Ulimann, 4th edition page 675 of 1975 describes that the matrix in which the zeolite content of the cracking catalysts is embedded plays a decisive role in the steam treatment. Thus, the activity of a pure rare earth-exchanged Y-zeolite (SEHY) drops from 67.8% to 6.3% when cracking a standard feed (Mid Continental Gasoil). If, on the other hand, only 10% of the same zeolites are incorporated into a matrix, the activity only decreases from 67.5% to 58.2% after steaming.
In der US-Patentschrift 4 080 284 wird beschrieben, daß die Aktivität eines frischen Crackkatalysators sich zu der Aktivität eines dampfbehandelteh wie 94 : 69} gemessen als % Umsatz, verhält. Die Ausbeute an Vergaserkraftstoff sinkt von 53 Masseanteile in % beim frischen Katalysator auf 45 Masseanteile in % des dampfbehandelten.In US Patent 4,080,284 it is disclosed that the activity of a fresh cracking catalyst to the activity of a dampfbehandelteh as 94: 69} is measured as% conversion behaves. The yield of carburetor fuel decreases from 53 % by mass in the case of the fresh catalyst to 45 % by mass in the steam-treated.
Eine weitere positive Wirkung einer Wasserdampfbehandlung wird in der US 3 257 310 beschrieben, in dem die Aktivität eines dampfbehandelten Zeolithkatalysators um ca. zwanzig Prozentpunkte über derjenigen eines frischen Vergleichskatalysators liegt. Ein Vergleich ein und desselben Katalysators im frischen und im dampf behandelten Zustand zeigt aber, daß bei einer WIiISV von 2 die Aktivität von 75 % im Frischzustand auf 53 % nach einer zehnstündigen Dampfbehandlung sinkt. Die spezifische Oberfläche der Crackkatalysatoren verringert sich nach Angaben der US 3257310 bei der Dampfbehandlung in Abhängigkeit von der Dampftemperatur und der Einwirkungsdauer um 20 - 80 %. Dabei tritt der auch in der Monographie von Venuto und Habib "Fluid Catalytic Cracking, with Zeolite Catalysts", Marcel Dekker Inc. New York 1979, beschriebene Effekte auf, daß mit verringerter Oberfläche die Crackaktivität sinkt, die Selektivität für die Vergaserkraftstoff-Fraktion aber steigt. Die Ausbeute an Vergaserkraftstoff sinkt aber trotz der gestiegenen Selektivität. Neuere Erfindungsbeschreibungen wie z. B. EP 0 134 330 und EP 0 134 beschreiben ebenfalls eine gesteigerte Selektivität von zeolithhaltigen Katalysatoren nach einer Dampfbehandlung. Es handeltAnother positive effect of a steam treatment is described in US Pat. No. 3,257,310, in which the activity of a steam-treated zeolite catalyst is about twenty percentage points higher than that of a fresh comparative catalyst. A comparison of one and the same catalyst in the fresh and in the steam-treated state shows, however, that at a WIiISV of 2, the activity decreases from 75% in the fresh state to 53% after a 10-hour steam treatment. The specific surface area of the cracking catalysts according to US 3257310 is reduced by 20-80% in the steam treatment, depending on the steam temperature and the exposure time. The effect described also in the monograph by Venuto and Habib "Fluid Catalytic Cracking, with Zeolite Catalysts", Marcel Dekker Inc. New York 1979, that with reduced surface area, the cracking activity decreases, but the selectivity for the gasoline fraction increases , However, the yield of carburetor fuel decreases despite the increased selectivity. Recent invention descriptions such. EP 0 134 330 and EP 0 134 also describe an increased selectivity of zeolite-containing catalysts after a steam treatment. It deals
sich in den beiden E_rfindungsbeschreibungen aber um hochsiliciumhaltige Zeolithe der ZSM-Reihe, deren Aktivität durch einen durch die Wasserdampfbehandlung hervorgerufenen Einbau von Aluminiumionen, die aus dem Al2O, -· Bindemittel stammen, steigt. Dieser Vorgang wird durch NMR-Messungen belegt, wie in dor Erfindungsbeschreibung EP 0 134 333 beschrieben.However, in the two E_rfindungsbeschreibungen but high-silicon zeolites of the ZSM series whose activity by a caused by the steam treatment incorporation of aluminum ions, which are derived from the Al 2 O -, - increases binder. This process is confirmed by NMR measurements, as described in the invention description EP 0 134 333.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Modifizierung eines Crackkatalysators anzugeben, das eine hohe Aktivität und Selektivität des Katalysators für die Benzingewinnung unter Beibehaltung einer hohen Oktanzahl gewährleistet.The aim of the invention is to provide a method for the modification of a cracking catalyst, which ensures a high activity and selectivity of the catalyst for the gasoline recovery while maintaining a high octane number.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Modifizierung eines CraPkkatalysators zu entwickeln, das eine Stabilisierung der Struktur des eingesetzten Katalysators gegenüber dei.· hohen hydrothermalen Belastungen während der Reaktion ermöglicht.The object of the invention is to develop a process for the modification of a CraPk catalyst which makes it possible to stabilize the structure of the catalyst used in comparison to the high hydrothermal loads during the reaction.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Modifizierung eines Crackkatalysators für die Benzingewinnung auf der Qasis eines frischen, faujasithaltigen,alumosilikatischen Katalysators von mikrosphärischer Form, dadurch gelöst, daß der Katalysator in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre mit einem Wasserdampfgehalt von 2 bis 100 Volumenanteilen in % bei einer Temperatur im Bereich von 353 K bis 873 K hydrothermal behandelt wird bis die Oberfläche des Katalysators um nicht mehr als 25 % ihrer ursprünglichen Größe schrumpft und die Gitterkonstante a der Elementarzelle des Faujasit mindestens 24,45 A0 und höchstens 24,60 A und die Zahl der Aluminium-Atome im Zeolithgitter mindestens 30 pro Elementarzelle beträgt.The object is achieved by the inventive method for modifying a cracking catalyst for gasoline production on the qasis a fresh faujasithaltigen, aluminosilicate catalyst of microspherical shape, achieved in that the catalyst in a steam-containing atmosphere with a water vapor content of 2 to 100 parts by volume in% at a Temperature in the range of 353 K to 873 K is hydrothermally treated until the surface of the catalyst shrinks by not more than 25% of its original size and the lattice constant a of the unit cell of faujasite at least 24.45 A 0 and at most 24.60 A and the number the aluminum atoms in the zeolite grid is at least 30 per unit cell.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß die wasserdampfhaltige Atmosphäre durch Verdampfen der dem Katalysator anhaftenden Flüssigkeit in einem Reaktor erzeugt wird. Der erfindungsgemäß wasserdampfbehandelte mikrosphärische Katalysator besteht aus einer amorphen Matrix aus hochschmel-It is also essential to the invention that the steam-containing atmosphere is produced by evaporating the liquid adhering to the catalyst in a reactor. The steam-treated microspherical catalyst according to the invention consists of an amorphous matrix of high-melt
zenden Oxiden vorzugsweise Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, die bis zu 20 Masseanteile in % Zeolith vom Faujasit enthält, dessen Alkaliionen ganz oder teilv/eise durch Ionen der Seltenen Erden ausgetauscht wurden. Es wurde gefunden, daß dieser Katalysator einen besonderen inneren Aufbau aufweist, der darin besteht, daß sich unter einer dichten Oberfläche, die auch bei Vergrößerungen von 1 : 10 000 im Rasterelektronenmikroskop keine groben Porenöffnungen erkennen läßt, ein aus Blättchen von 2 - 20 pm kartenhausähnlictv aufgebauter Kern oder ein aus Submikrokugeln von 2 - 10 pm granatapfelähnlich aufgebauter Kern befindet.For example, oxides preferably contain alumina and silica containing up to 20 % by weight of faujasite zeolite whose alkali ions have been wholly or partially exchanged by rare earth ions. It has been found that this catalyst has a special internal structure, which is that under a dense surface, which can be seen even at magnifications of 1: 10,000 in the scanning electron microscope, no coarse pore openings, a from leaflets of 2 - 20 pm kartenhausähnlictv built-up core or a submucosal spheres of 2 - 10 pm pomegranate-like shaped core is located.
Die erfindungsgemäße milde Uasserdampibehandlung des Katalysators führt dazu, daß eine Nachreifung der zeolithischen Mikrokristallite. in dem lockeren inneren Katalysatoraufbau stattfindet. Dabei vergrößert sich die Größe und Stabilität der Zeolithmikrokristal]e, während das Si/Al-Verhältnis steigt und die Elementarzelle des Faujasit schrumpft. Die Vorteile der milden Dampfbehandlung bestehen darin, daß eine Zerstörung des Zeoliths weitgehend vermieden wird und daß dieser durch die Dealuminierung gegenüber weiteren nicht steuerbaren hydrothermalen Einflüssen sterilisiert wird, ohne daß die Zahl der aktiven Zentren, die bestimmt wird durch die Zahl der Al-Ionen im Zeolith, zu stark verringert wird. Heitere Möglichkeiten einer milden Dampfbehandlung gemäß der erfinderischen Lösung sind das Einleiten von Dampf oder Dampf-Luft-Gemischen in Gefäße mit dem Katalysator bei'mäßig erhöhter Temperatur.The inventive mild Uasserdampibehandlung the catalyst causes a post-maturation of the zeolitic microcrystallites. takes place in the loose inner catalyst structure. The size and stability of the zeolite microcrystals increases, while the Si / Al ratio increases and the unit cell of the faujasite shrinks. The advantages of the mild steam treatment are that destruction of the zeolite is largely avoided and that it is sterilized by dealumination against other uncontrollable hydrothermal effects, without the number of active sites, which is determined by the number of Al ions in the Zeolite, is reduced too much. Higher possibilities of mild steam treatment according to the inventive solution are the introduction of steam or steam-air mixtures in vessels with the catalyst at a moderately elevated temperature.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde entgegen der Auffassunrj der Fachwelt erstmals aufgezeigt, daß die milde Dampfbehandlung von faujasithaltigen alumosilikatischen Katalysatoren von mikrosphärischer Form wesentlich zur Erhöhung von Aktivität, Benzinselektivität und Stabilität des Katalysators gegenüber der hohen hydrothermalen Belastungen während der Reaktion beiträgt.With the solution according to the invention, for the first time it has been shown that the mild steam treatment of faujasite-containing aluminosilicate catalysts of microspherical form contributes substantially to increasing the activity, benzene selectivity and stability of the catalyst to the high hydrothermal loads during the reaction.
Das erfindungsgemäße Verfahren garantiert durch die Erhöhung der Stabilität eine Verringerung des Katalysatorverbrauchs und durch die Erhöhung von Aktivität und Selektivität für Benzin eine Erhöhung der Ausbeute des Zielproduktes der Crackreaktion.By increasing the stability, the process according to the invention guarantees a reduction in the catalyst consumption and, by increasing the activity and selectivity for gasoline, an increase in the yield of the target product of the cracking reaction.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von AuLführungsbeispielen näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.
Ausführ-ungsbeispiele Beispiel 1:EMBODIMENTS Example 1
100 g eines nicht vorgetrockneten, kommerziellen mikrosphärischen Crackkatalysators mit einer inneren Granatapfelstruktur werden in einem bedeckten Tiegel in einer 10 cm hohen Schicht 5 h bei 773 K gehalten. Durch diese Behandlung erhält man einen stabilisierten Katalysator. Dieser wird in einer standardisierten Ausprüfapparatur, einem Vergleichstest mit einem nichtstabilisierten Spaltkatalysator desselben Typs unterzogen. Als Einsatzprodukt wird hydriertes Vaki'jmdestillat (=HVD) verwendet. Für den Test werden jeweils 25 g des stabilisierten und des nichtstabilisierten Katalysators eingesetzt. Das Katalysator/Öl-Verhältnis (Verhältnis Katalysatormenge zur pro Testcyklus durchgesetzten Einsatzproduktmenge) beträgt 1,3 (Versuch A) oder 3 (Versuch B). Die Reaktortemperatur liegt bei 775 K. Die Ausbeuten an. Benzin, Gas und Koks sind in der Tabelle 1 angegeben.100 g of a non-predried, commercial microspherical cracking catalyst with an inner pomegranate structure are kept in a covered crucible in a 10 cm high layer at 773 K for 5 h. This treatment gives a stabilized catalyst. This is subjected in a standardized test apparatus, a comparison test with a non-stabilized cleavage catalyst of the same type. The feedstock used is hydrogenated vaccine distillate (= HVD). For the test, 25 g each of the stabilized and non-stabilized catalyst are used. The catalyst / oil ratio (ratio of amount of catalyst to the amount of feedstock employed per test cycle) is 1.3 (test A) or 3 (test B). The reactor temperature is 775 K. The yields of. Gasoline, gas and coke are shown in Table 1.
* nacli jeweils 10 Testzyklen* after 10 test cycles
100 g eines Katalysators zum vertieften Spalten von höhersiedenden Erdölfraktionen, der im Inneren eine Kartsnhausstruktur besitzt, werden B h bei 750 K mit Heißdampf behandelt und so stabilisiert. Die Versuchsbedingungen entsprechen denen im Beispiel 1.100 g of a catalyst for deepening of higher boiling petroleum fractions, which has a Kartsnhausstruktur inside, B h at 750 K treated with superheated steam and so stabilized. The experimental conditions correspond to those in Example 1.
2 8 f7572 8 f757
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.The results are shown in Table 2.
Ausbeuteyield
Katalysator Umsatz Benzin Gas Koks mit Kartenhaus- Massean- Massean- Massean- Masseanstruktur teil in % toil in % teil in % teil in %Catalytic converter Sales Gasoline Gas Coke with house of cards Massean- Massean- Massean- Masseanstruktur part in% toil% in% part in% part in%
nach jeweils 10 Testzyklen.after every 10 test cycles.
Von den stabilisierten und nicht stabilisierten Katalysatoren wird je vor und nach 10 Testzyklen die BET-Oberflache und die Gitterkonstante der Zeolith-Elementarzelle bestimmt. Es ergibt sich folgendes: (Tabelle 3)Of the stabilized and unstabilized catalysts, the BET surface area and the lattice constant of the zeolite unit cell are determined before and after 10 test cycles. The result is the following: (Table 3)
Oberfläche m /g Gitterkonstante d. ElementarzelleSurface m / g lattice constant d. unit cell
Aus dem Beispiel '.st zu ersehen, daß nicht stabilisierte Katalysatoren im Verlauf des Cruekprozesses eine ganz erhebliche Schrumpfung der Oberfläche erleiden, die bedingt ist durch die Zerstörung des Zeoliths, und damit erklärt sich die stark gesunkene Aktivität. Hingegen sind die teilweise dealuminiertenFrom the example '.st, it can be seen that unstabilized catalysts in the course of the cratering process undergo a very considerable surface shrinkage, due to the destruction of the zeolite, and this explains the greatly reduced activity. On the other hand, the partially dealuminated
2 θ f 752 θ f 75
Kontakte- gekennzeichnet durch eine Schrumpfung der Elementarzelle des Zeolithe - stabil aktiv.Contacts - characterized by a shrinkage of the unit cell of the zeolite - stable active.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32432188A DD281757A5 (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | METHOD FOR MODIFYING A CRACK CATALYST |
Applications Claiming Priority (1)
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DD32432188A DD281757A5 (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | METHOD FOR MODIFYING A CRACK CATALYST |
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DD281757A5 true DD281757A5 (en) | 1990-08-22 |
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DD32432188A DD281757A5 (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | METHOD FOR MODIFYING A CRACK CATALYST |
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DD (1) | DD281757A5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0884270A1 (en) * | 1997-06-13 | 1998-12-16 | dbb fuel cell engines GmbH | Process for the treatment of a methanol reforming catalyst |
-
1988
- 1988-12-29 DD DD32432188A patent/DD281757A5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0884270A1 (en) * | 1997-06-13 | 1998-12-16 | dbb fuel cell engines GmbH | Process for the treatment of a methanol reforming catalyst |
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