DE1064496B - Process for the dehydrogenation of hydrocarbons - Google Patents

Process for the dehydrogenation of hydrocarbons

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DE1064496B
DE1064496B DEF19725A DEF0019725A DE1064496B DE 1064496 B DE1064496 B DE 1064496B DE F19725 A DEF19725 A DE F19725A DE F0019725 A DEF0019725 A DE F0019725A DE 1064496 B DE1064496 B DE 1064496B
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Germany
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reaction
hydrocarbons
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calcium
dehydrogenation
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DEF19725A
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German (de)
Inventor
Dr Dieter Goerrig
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Bayer AG
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/42Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with a hydrogen acceptor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Verfahren zur Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen Es ist allgemein bekannt, Aromatisierungsreaktionen mit Kohlenwasserstoffen durchzuführen oder gesättigte Verbindungen in ungesättigte zu überführen, wobei im Gesamteffekt eine Dehydrierung der Ausgangsstoffe erfolgt.Process for the dehydrogenation of hydrocarbons It is general known to carry out aromatization reactions with hydrocarbons or saturated To convert compounds into unsaturated, with the overall effect a dehydration the starting materials takes place.

In Einzelfällen ist auch die entsprechende Reaktion im direkten einstufigen Verfahren möglich, z. B. die Gewinnung von Acetylen aus Methan. Diese Verfahren lassen jedoch wegen schlechter Ausbeute oder hohen Energieverbrauches viele technische Wünsche offen. In individual cases, the corresponding reaction in the direct one-step process Procedure possible, e.g. B. the production of acetylene from methane. These procedures however, leave many technical ones because of poor yield or high energy consumption Wishes open.

Der Grund hierfür liegt darin, daß bei Temperaturen, bei denen z. B. mittels Katalysatoren die Reaktion C2H6 = C2H4+H2 ohne wesentliche Nebenreaktionen durchführbar ist, auf Grund der Gleichgewichtslage nur sehr kleine Wasserstoffdrücke erreicht werden.The reason for this is that at temperatures at which z. B. by means of catalysts the reaction C2H6 = C2H4 + H2 without significant side reactions is feasible, only very low hydrogen pressures due to the equilibrium position can be achieved.

Ein Abfangen des dabei gebildetenWasserstoffs konnte allgemein nach dem bisherigen Stand der Technik nicht so durchgeführt werden, daß das Hauptreaktionsprodukt (z. B. das Äthylen) erhalten bleibt. Deshalb mußte man bei Temperaturen arbeiten, bei denen der Wasserstoffdruck schon recht hoch ist. Dabei werden, von wenigen Ausnahmen abgesehen (z. B. der Bildung von Diphenyl aus Benzol), schon große Teile des zu erwartenden Reaktionsproduktes weiter zersetzt.Trapping of the hydrogen formed in the process was generally possible the prior art can not be carried out so that the main reaction product (e.g. ethylene) is retained. Therefore one had to work at temperatures where the hydrogen pressure is already quite high. With a few exceptions apart from (e.g. the formation of diphenyl from benzene), large parts of the too expected reaction product further decomposed.

Aus dem Schrifttum ist bekannt, daß selbst mit einigen Erdalkalimetallen die Dehydrierung von Paraffinen durch den Mechanismus der Metallhydridbildung als unmöglich gefunden wurde, mit Ausnahme bei so niederen Temperaturen, daß der Umsetzungsgrad völlig unzureichend ist. Im Gegensatz zu dieser Angabe wurde festgestellt, daß sich die Erdalkalimetalle sehr gut als Dehydrierungsmittel eignen, wenn bei Temperaturen über etwa 500-° C gearbeitet wird, wobei das Metall in fester Form vorliegt. It is known from literature that even with some alkaline earth metals the dehydrogenation of paraffins by the mechanism of metal hydride formation as was found impossible, with the exception of temperatures so low that the degree of conversion is totally inadequate. In contrast to this statement, it was found that the alkaline earth metals are very suitable as dehydrating agents when at temperatures Work is carried out above about 500 ° C., the metal being in solid form.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen durch Erhitzen derselben in Gegenwart hydridbildender Metalle, das darin besteht, daß die Umsetzung bei Temperaturen über etwa 5000 C in Gegenwart von festem Erdalkalimetall erfolgt. In dieser Weise läßt sich die Abspaltung von Wasserstoff - selbst dann, wenn er gleicbgewichtsmäßig nur in äußerst kleinen Konzentrationen auftreten kann - in überaus einfacher Weise und unter Vermeidung all der Nebenreaktionen, die etwa die Anwendung von Chlor oder Sauerstoff bringen würde, erreichen. Die Dehydrierungsreaktion kann z. B. über metallischem Calcium durchgeführt werden, welches dabei in Calciumhydrid übergeht, 2CH4+Ca=C2H6+CaH2 C2H0+ Ca= C2H6 + CaH2. The present invention relates to a process for dehydration of hydrocarbons by heating them in the presence of hydride-forming metals, that is that the reaction at temperatures above about 5000 C in the presence of solid alkaline earth metal. In this way, the cleavage of Hydrogen - even if it is only in extremely small concentrations in terms of equilibrium can occur - in a very simple way and avoiding all the side reactions, that would bring about the use of chlorine or oxygen. The dehydration reaction can e.g. B. be carried out over metallic calcium, which in calcium hydride passes, 2CH4 + Ca = C2H6 + CaH2 C2H0 + Ca = C2H6 + CaH2.

Die ablaufende Reaktion ist exotherm.The ongoing reaction is exothermic.

Das bei der Reaktion gebildete Calciumhydrid kann in einfacher, bekannter Weise durch Wärmezufuhr zu Calciummetall unter Bildung von Wasserstoff regeneriert werden. Das Calcium bzw. Calciumhydrid kann vorteilhaft in der granulierten Form, wie sie bei der Carbidhydrierung auftritt, verwandt werden. The calcium hydride formed during the reaction can be used in a simple, well-known manner Way regenerated by supplying heat to calcium metal with the formation of hydrogen will. The calcium or calcium hydride can advantageously be in the granulated form, as occurs in carbide hydrogenation.

Außer Calcium können andere, ähnlich hydridbildende Erdalkalimetalle, wie Barium oder Strontium, eingesetzt werden. In addition to calcium, other similar hydride-forming alkaline earth metals, such as barium or strontium, can be used.

Da die meisten der herzustellenden Kohlenwasserstoffe ihrerseits auch noch Wasserstoff abspalten können, sind für jeden Einzelfall die optimalen Reaktionsbedingungen einzeln festzulegen. Einen Anhalt geben die folgenden Beispiele. Because most of the hydrocarbons to be produced are on their part can also split off hydrogen are the optimal ones for each individual case Specify reaction conditions individually. The following examples provide a guide.

Als Reaktionsgefäß dient ein stehendes Edelstahlrohr von 57 mm Durchmesser, das auf einer Länge von 800 mm von außen elektrisch geheizt wird. In ihm lagern auf einem Sieb 600 g granuliertes Calciummetall, das durch Dehydrieren von 650/oigem Calciumhydrid im Vakuum gewonnen wurde. Die umzusetzenden Kohlenwasserstoffe werden gasförmig von unten nach oben durch das Calcium geleitet, wobei die Reaktionstemperatur im Innern der Feststoffüllung gemessen wird. Der Reaktionsablauf wird laufend durch Analysen des Abgases mit Hilfe der UR-Absorption verfolgt. ImEinzelversuch werden mit jeweils frischem Calciummetall je etwa 1 m3 Gas im Laufe von 3 bis 6 Stunden umgesetzt. A standing stainless steel tube with a diameter of 57 mm serves as the reaction vessel. which is electrically heated from the outside over a length of 800 mm. Store in it on a sieve 600 g of granulated calcium metal, which by dehydrating 650 / oigem Calcium hydride was obtained in vacuo. The hydrocarbons to be converted are in gaseous form from the bottom up through the calcium, whereby the reaction temperature is measured inside the solid filling. The reaction process is ongoing Analyzes of the exhaust gas followed with the help of the UR absorption. In a single test with fresh calcium metal in each case about 1 m3 of gas over the course of 3 to 6 hours implemented.

Beispiel 1 Es wird 960/oiges Äthan (Rest: CH4 und H2) bei steigenden Temperaturen und wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten durchgesetzt. Unterhalb von 5000 C wird keine nennenswerte Reaktion beobachtet. Bei 500 bis 6000 C werden Mengen von 1 bis 3 l/h Äthan ohne Nebenreaktionen zu Äthylen dehydriert, während der C2 H6-überschuß unverändert bleibt. Bei höheren Temperaturen als 6000 C wird das Äthylen zum Teil weiterverändert, so daß bei Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als 50l/h der Äthylengehalt des Abgases nicht mehr proportional dem Athangehaltrückgang wächst, sondern nebenher Acetylen und Ruß gebildet werden. Bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten (von 100 bis 400 l/h) unterbleiben jedoch die Nebenreaktionen. Einen fast vollständigen Umsatz zu C2 H4 erreicht man bei 7500 C und 200 Nl/h Gasdurchgang. Example 1 It becomes 960% ethane (remainder: CH4 and H2) with increasing Temperatures and changing flow rates prevailed. Below no reaction worth mentioning is observed at 5000C. Be at 500 to 6000 C. Quantities of 1 to 3 l / h of ethane are dehydrated to ethylene without side reactions, while the C2 H6 excess remains unchanged. At temperatures higher than 6000 C this will be Ethylene partly further changed, so that at flow velocities of less than 50l / h the ethylene content of the exhaust gas is no longer proportional to the decrease in the content of ethane grows, but also acetylene and soot are formed. At higher flow velocities (from 100 to 400 l / h), however, the side reactions do not occur. An almost complete one Conversion to C2 H4 is achieved at 7500 C and 200 standard l / h of gas passage.

Beispiel 2 Es wird etwa 900/oiges Propan (Rest Propylen, Äthan, Butan, Isobutylen) bei steigenden Temperaturen und wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten durchgesetzt. Bei 30 Nl/h Gasdurchgang beginnt eine Propylenbildung bei 5000 C meßbar zu werden; der Propylenanteil des Abgases steigt mit wechselnder Temperatur zunächst bis 6000 C, um weiterhin gemeinsam mit dem Propananteil zugunsten von Erackprodukten, wie Athylen und Acetylen, zurückzugehen. Example 2 About 900% propane (remainder propylene, ethane, butane, Isobutylene) with increasing temperatures and changing flow velocities enforced. Propylene formation begins measurably at 5000 C after a gas passage of 30 Nl / h to become; the propylene content of the exhaust gas initially increases with changing temperature up to 6000 C in order to continue together with the propane content in favor of cracking products, like ethylene and acetylene.

Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten wie 200 lih verläuft die Propylenbildung dagegen ohne Nebenreaktionen bei 5500 C meßbar, bei 6500 C stark und bei 7500 C fast vollständig, während Krackungen bei 200 Nl/h erst oberhalb 7800 C stattfinden. An Stelle von granuliertem Calciummetall kann mit gleichem Erfolg granuliertes Strontiummetall eingesetzt werden.Propylene is formed at higher flow rates such as 200 lih on the other hand measurable without side reactions at 5500 C, strong at 6500 C and at 7500 C almost completely, while cracking at 200 Nl / h only takes place above 7800 ° C. Granulated strontium metal can be used in place of granulated calcium metal with equal success can be used.

Beispiel 3 Argon wird bei 200 C mit Dampf von reinem Cyclohexan gesättigt. Das Gas wird bei steigender Temperatur und wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten durchgesetzt. Man beobachtet unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit eine Benzolbildung bei Temperaturen von oberhalb 5000 C. Dabei laufen bei Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb von 50 llh Nebenreaktionen, wie Bildung von Äthylen und Ace tylen, in erheblichem Maße ab. Diese Nebenreaktionen werden fast vollständig unterdrückt bei Temperaturen zwischen 550 und 6000 C bei Strömungsgeschwindigkeiten von 200 bis 400 llh. Erst bei noch höheren Temperaturen bilden sich bei dieser Gasgeschwindigkeit außer Benzol noch Äthylen, Acetylen und Butadien. Example 3 Argon is saturated with pure cyclohexane vapor at 200.degree. The gas becomes with increasing temperature and changing flow velocities enforced. Benzene formation is observed regardless of the flow rate at temperatures above 5000 C. They run at flow velocities below 50 llh side reactions, such as the formation of ethylene and acetylene, in to a considerable extent. These side reactions are almost completely suppressed Temperatures between 550 and 6000 C with flow speeds of 200 to 400 llh. Only at even higher temperatures do they form at this gas velocity apart from benzene, there are also ethylene, acetylene and butadiene.

Claims (1)

PATENTANSPUCH: Verfahren zur Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen durch Erhitzen derselben in Gegenwart hydridbildender Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen über etwa 5000 C in Gegenwart von festem Erdalkalimetall erfolgt. ~~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 559 735; USA.-Patentschriften Nr. 1 945 960, 2728712. PATENT CLAIM: Process for the dehydrogenation of hydrocarbons by heating them in the presence of hydride-forming metals, characterized in that that the reaction at temperatures above about 5000 C in the presence of solid alkaline earth metal he follows. ~~~~~~~~~ Publications considered: German Patent No. 559 735; U.S. Patent Nos. 1,945,960, 2728712.
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