DE1198809B - Process for the removal of acetylenes and diolefins from gas mixtures mainly containing monoolefins by selective hydrogenation - Google Patents
Process for the removal of acetylenes and diolefins from gas mixtures mainly containing monoolefins by selective hydrogenationInfo
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Description
Verfahren zur Entfernung von Acetylenen und Diolefinen aus vorwiegend Monoolefine enthaltenden Gasgemischen durch selektive Hydrierung Wegen ihrer großen Reaktionsfähigkeit lassen sich Acetylene und Diolefine an sich leichter hydrieren als Olefine, die nur eine einzige Doppelbindung aufweisen. Die selektive Hydrierung von in Olefingasgemischen enthaltenen Acetylenen und Diolefinen wird im allgemeinen in Gegenwart eines aktiven Katalysators durchgeführt. Bei diesem Verfahren muß jedoch die Menge des zuzusetzenden Wasserstoffes genau innerhalb streng festgelegter Grenzen gehalten und entsprechend geregelt werden. Bei einer solchen selektiven Hydrierung stößt man im allgemeinen, wenn nur geringe Mengen von Acetylenen und Diolefinen als Verunreinigungen im Gas vorhanden sind, auf große Schwierigkeiten. Dies trifft besonders zu, wenn man die Acetylene und Diolefine fast vollkommen hydrieren will, ohne dabei den Olefingehalt der Gase merklich herabzusetzen. Bei der Herstellung von Gasen, die als Zwischenprodukt für organische Synthesen benutzt werden sollen, ist dieses von größter Bedeutung. Es ist z. B. bekannt, daß stark äthylenhaltige Gasgemische für die Herstellung von Polyäthylen nicht mehr als ungefähr 0,025 0lot Acetylene und Diolefine, wie Acetylen, Methylacetylen, Propadien oder andere Diolefine mit niedrigem Molekulargewicht als Verunreinigungen enthalten dürfen. Bei den neueren Polymerisationsverfahren dürfen die gereinigten olefinhaltigen Gase nicht mehr als 0,010 °/00 Acetylene und Diolefine enthalten. Es ist bereits aus der deutschen Patentschrift 1 171901 bekannt, daß man bedeutend wirksamere Katalysatoren zur selektiven Hydrierung von Acetylenen und Diolefinen erhalten kann, wenn man Palladium auf einen Tonerdeträger aufbringt.Process for removing acetylenes and diolefins from predominantly Gas mixtures containing monoolefins by selective hydrogenation because of their large size Reactivity, acetylenes and diolefins can be hydrogenated more easily as olefins that have only a single double bond. The selective hydrogenation of acetylenes and diolefins contained in olefin gas mixtures is generally carried out in the presence of an active catalyst. However, this method must the amount of hydrogen to be added exactly within strictly defined limits be held and regulated accordingly. With such a selective hydrogenation One generally comes across, if only small amounts of acetylenes and diolefins when impurities are present in the gas, there is great difficulty. This is true especially if you want to hydrogenate the acetylenes and diolefins almost completely, without noticeably reducing the olefin content of the gases. In the preparation of of gases that are to be used as an intermediate product for organic syntheses, this is of the utmost importance. It is Z. B. known that high ethylene content Gas mixtures for the manufacture of polyethylene not exceeding approximately 0.025 Ωlots Acetylenes and diolefins such as acetylene, methylacetylene, propadiene or other diolefins may contain low molecular weight impurities. With the newer ones Polymerization processes must not exceed the purified olefin-containing gases 0.010 ° / 00 contain acetylenes and diolefins. It is already from the German patent specification 1 171901 known that there are significantly more effective catalysts for selective hydrogenation from acetylenes and diolefins can be obtained by placing palladium on an alumina carrier brings up.
Mit Hilfe dieser Katalysatoren können Acetylene und Diolefine in überwiegend Monoolefine enthaltenden Gasgemischen vollständig hydriert werden. Diese Hydrierung verläuft mit einer durchaus brauchbaren Geschwindigkeit, so daß diese Katalysatoren beim technischen Hydrierverfahren Verwendung finden. Dabei ist hervorzuheben, daß diese Katalysatoren bei langdauerndem Gebrauch unter den allgemeinen Verfahrensbedingungen aktiv bleiben. Obwohl diese Katalysatoren für die Reinigung von Olefingasströmen außerordentlich geeignet sind und sich auch unter den meisten Bedingungen ausgezeichnet bewähren, hat man jedoch gefunden, daß die Aktivität dieser Katalysatoren unter den gegebenen Bedingungen über den gewünschten Grad hinausgeht. Bei allen bekannten technischen Verfahren zur selektiven Hydrierung muß ein die stöchiometrische Menge überschreitender Überschuß an Wasserstoff verwendet werden, damit die Acetylene und Diolefine zu Olefinen reduziert werden. Wenn sehr aktive Katalysatoren verwendet werden, wird der Wasserstoffüberschuß durch eine Reduktion der Olefine zu gesättigten Kohlenwasserstoffen aufgebraucht, so daß unerwünschterweise der Olefingehalt des Gasstromes verringert wird. Wenn man geringere Wasserstoffmengen benutzen kann, so treten geringere Temperatursteigerungen auf, und man kann deshalb das Verfahren besser steuern. Weiterhin würden bei einer Verringerung der erforderlichen Wasserstoffmengen die gewünschten Olefine in bedeutend größeren Mengen anfallen. Um eine selektive Hydrierung der Acetylene und Diolefine zu erreichen, ohne aber die Monoolefine weiter zu hydrieren, muß man deshalb einen Katalysator verwenden, der die Vorteile des in der deutschen Patentschrift 1171 901 beschriebenen Katalysators besitzt, der aber außerdem eine geringere Aktivität bei der Hydrierung von Monoolefinen aufweist. Die Hydrierung soll bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und einem geringen Wasserstoffüberschuß ablaufen, und das fertige Produkt soll nicht mehr als einige Teile Acetylene und Diolefineje Million enthalten, wobei jedoch der Monoolefingehalt des Gemisches nicht beeinträchtigt werden darf.With the help of these catalysts acetylenes and diolefins in predominantly Gas mixtures containing monoolefins are completely hydrogenated. This hydrogenation runs at a perfectly usable speed, so these catalysts find use in the technical hydrogenation process. It should be emphasized that these catalysts with long-term use under the general process conditions stay active. Although these catalysts for the purification of olefin gas streams are extremely suitable and perform well under most conditions proven, however, it has been found that the activity of these catalysts under goes beyond the desired level under the given conditions. With all known Technical processes for selective hydrogenation must include the stoichiometric amount Excessive excess of hydrogen can be used to prevent the acetylenes and diolefins be reduced to olefins. When using very active catalysts the excess hydrogen becomes saturated by reducing the olefins Hydrocarbons used up, so that undesirably the olefin content of the Gas flow is reduced. If you can use smaller amounts of hydrogen, in this way, the temperature rises less, and the process can therefore be used control better. Furthermore, there would be a reduction in the amounts of hydrogen required the desired olefins are obtained in significantly larger quantities. To be selective To achieve hydrogenation of the acetylenes and diolefins, but without the monoolefins further to hydrogenate, one must therefore use a catalyst that takes advantage of the in German Patent 1171 901 has the catalyst described but also has a lower activity in the hydrogenation of monoolefins. The hydrogenation should take place at relatively low temperatures and at a low temperature Excess hydrogen will run off, and the finished product should be no more than a few Parts of acetylenes and diolefins per million contain, however, the monoolefin content of the mixture must not be impaired.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Acetylenen und Diolefinen aus vorwiegend Monoolefine enthaltenden Gasgemischen durch selektive Hydrierung bei erhöhten Temperaturen und gegebenenfalls unter Druck in Gegenwart eines Palladium-Schwermetall-Tonerdekatalysators, wobei das Porenvolumen des Trägers nicht mehr als 0,4 g/cm3 beträgt, der Durchmesser der Poren nicht größer als 800 Ä ist und das Metall hauptsächlich auf der Oberflächenschicht des Trägers abgelagert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Katalysator 0,027 bis 0,09 Gewichtsprozent Palladium und 0,01 bis 0,09 Gewichtsprozent Chrom enthält. The invention relates to a method for removing acetylenes and diolefins from gas mixtures containing predominantly monoolefins by selective Hydrogenation at elevated temperatures and optionally under pressure in the presence a palladium-heavy metal-alumina catalyst, the pore volume of the support is not more than 0.4 g / cm3, the diameter of the pores is not greater than 800 Ä and the metal is mainly deposited on the surface layer of the support which is characterized in that the catalyst is 0.027 to 0.09 Contains percent by weight palladium and 0.01 to 0.09 percent by weight chromium.
Der erfindungsgemäß angewendete Katalysator besitzt einerseits eine geringe Aktivität bei der Hydrierung von Monoolefinen, weist jedoch eine hohe Wirkung bei der Hydrierung von Acetylenen und Diolefinen auf. Wird der auf Tonerde aufgetragene Palladium-Chrom-Katalysator für die selektive Hydrierung von vorwiegend Monoolefine enthaltenden Gasgemischen verwendet, die Acetylene und Diolefine in verhältnismäßig kleinen Mengen und einen Überschuß an Wasserstoff enthalten (wobei die vorhandene Wasserstoffmenge die theoretisch bedingte Wasserstoffmenge, die man zum Reduzieren der Acetylene und Diolefine zu Olefinen benötigt, überschreitet), dann beobachtet man, daß dieser Wasserstoffüberschuß bei der Hydrierung nicht vollkommen aufgebraucht wird, was die Leistung des selektiven Hydrierverfahrens erheblich steigert. The catalyst used according to the invention has on the one hand a low activity in the hydrogenation of monoolefins, but has a high effect in the hydrogenation of acetylenes and diolefins. Is the one applied to clay Palladium-chromium catalyst for the selective hydrogenation of predominantly monoolefins containing gas mixtures used, the acetylenes and diolefins in proportion Contain small amounts and an excess of hydrogen (with the existing Hydrogen amount the theoretically determined amount of hydrogen that you need to reduce the acetylenes and diolefins required to form olefins exceeds), then observed one that this excess of hydrogen is not completely used up in the hydrogenation which significantly increases the performance of the selective hydrogenation process.
Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden; z. B. kann man den Tonerdeträger mit einer Lösung, die Palladium- und Chromverbindungen enthält, bespritzen, oder der Tonerdeträger kann in diese Lösung getaucht werden. Jedes Verfahren, das es ermöglicht, den Tonerdeträger mit einer Lösung der aktiven, katalytischen Substanzen zu behaften, ist zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren geeignet. Die Palladium- und auch die Chromverbindung können in Form einer einzigen oder zweier getrennter Lösungen in beliebiger Reihenfolge auf den Träger aufgebracht werden. Beim Durchtränken des Tonerdeträgers ist zu beachten, daß die fertigen Katalysatorkörper erfindungsgemäß etwa 0,027 bis 0,09 Gewiciltsprozent Palladium und 0,01 bis 0,09 Gewichtsprozent Chrom enthalten sollten, wobei das Atomverhältnis von Palladium zu Chrom vorzugsweise geringer als 1 : 1 sein soll. The catalyst used in the present invention can be various Ways are made; z. B. you can the alumina carrier with a solution that Contains palladium and chromium compounds, splashes, or the alumina carrier can be immersed in this solution. Any process that allows the alumina carrier To attach a solution of the active, catalytic substances is to manufacture of the catalysts used according to the invention are suitable. The palladium and also The chromium compound can be in the form of a single or two separate solutions can be applied to the carrier in any order. When soaking the Alumina support should be noted that the finished catalyst body according to the invention about 0.027 to 0.09 percent by weight palladium and 0.01 to 0.09 percent by weight Should contain chromium, the atomic ratio of palladium to chromium being preferred should be less than 1: 1.
Für die Herstellung des Katalysators wird kein Schutz begehrt. No protection is sought for the manufacture of the catalyst.
Die Kombination der katalytisch wirksamen Metalle, Chrom und Palladium auf dem Tonerdeträger führt zu einer Verringerung der Aktivität des im allgemeinen bei der Hydrierung hochgradig wirksamen Palladiums und gleichzeitig zu einer ausgeglichenen Arbeitsweise des Katalysators, wodurch eine Vergiftung und eine daraus folgende Aktivitätsminderung verhindert werden. The combination of the catalytically active metals, chromium and palladium on the alumina carrier leads to a reduction in the activity of the in general highly effective palladium in hydrogenation and at the same time a balanced one Operation of the catalyst, causing poisoning and a consequent one Reduced activity can be prevented.
Der Katalysator erreicht bei Temperaturen von 38 bis 205 C und bei Drücken von 50 bis 500 atu seine größte Wirksamkeit. Die bevorzugte Raumgeschwindigkeit liegt zwischen 200 und 2000 Volumteilen Gas je Volurnteil Katalysator und Stunde, wobei der zu behandelnde Gasstrom beim Einströmen in das mit dem Katalysator beschickte Reaktionsgefäß eine Temperatur von ungefähr 16 C und einen Druck von 1 atü haben sollte. Die zu verwendende Menge Wasserstoff beträgt mindestens das 1,2fache, vorzugsweise das 4fache der zur Hydrierung der Acetylene und Diolefine benötigten, berechneten Menge. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern. The catalyst reaches temperatures of 38 to 205 C and at Pressing 50 to 500 atu is its greatest effectiveness. The preferred space velocity is between 200 and 2000 parts by volume of gas per part by volume of catalyst and hour, the gas stream to be treated being charged with the catalyst as it flows into the Have the reaction vessel a temperature of approximately 16 C and a pressure of 1 atm should. The amount of hydrogen to be used is at least 1.2 times, preferably 4 times that required for the hydrogenation of acetylenes and diolefins, calculated Lot. The following examples are intended to illustrate the invention.
Beispiel 1 221 einer 0,05molaren Palladiumchloridlösung und 221 einer
0,1 molaren Chromsäureanhydrid1Ösung (CrO3) wurden gut miteinander vermischt und
auf 400 kg Tonerdeträgertabletten aufgespritzt. Vor dem
Aufspritzen wurden die Tonerdeträgertabletten
8 Stunden bei einer Temperatur von 550°C gebrannt. Das Aufspritzen wurde in einer
Drehtrommel durchgeführt, so daß die Tonerdetabletten auf ihrer gesamten Oberfläche
vollkommen mit der Lösung überzogen waren. Anschließend wurden die überzogenen Tonerdetabletten
wiederum 8 Stunden bei einer Temperatur von 550°C gebrannt. Die Tabletten enthielten
0,033 Gewichtsprozent Palladium und 0,036 Gewichtsprozent Chrom. Die auf diese Weise
dargestellten Katalysatorkörper wurden dann mit Katalysatorkörpern, die nach dem
in der deutschen Patentschrift 1171 901 beschriebenen Verfahren hergestellt worden
waren, verglichen. Die Vergleichstabletten enthielten 0,046 Gewichtsprozent Palladium
und kein Chrom und wurden dargestellt, indem man Tonerdetabletten mit 44 1 einer
0,05molaren Palladiumchloridlösung nach den hier beschriebenen Tauch-oder Aufspritzverfahren
behandelte. Die zwei Katalysatoren wurden dann in denselben Reaktionsgefäßen und
unter gleichen Bedingungen verfahrensmäßig angewendet. Das Reaktionsgefäß wurde
mit 25 cm3 Katalysator beschickt und auf eine Temperatur von 52 bis 121"C erhitzt
und dann bei einem Druck von 350 atü in Betrieb genommen. Die Raumgeschwindigkeit
betrug 1000 Volumteile Gas je Volumteil Katalysator und Stunde. Der für den Versuch
benutzte Gasstrom hatte die folgende Ausgangszusammensetzung: Propadien ........................
1% Methylacetylen --- 1 0/o Propylen ......................... 80% Propan ...........................
1,5% Wasserstoff ................ 2,5 bis 7,0 01o Methan ................... 9,5
bis 14,0% Das Molverhältnis zwischen Wasserstoff und den höher ungesättigten Kohlenwasserstoffen
(Propadien und Methylacetylen) betrug etwa 2 : 1. Es wurden folgende Ergebnisse
erhalten: Tabelle I A. 0,046 % Pd auf A1203
Es ist ferner aus der Tabelle I A und I B ersichtlich, daß der Palladium-Katalysator ohne Chromzusatz eine zu große Aktivität hat, denn bei einer Temperatur von 66°C wird der vorhandene Wasserstoff vollkommen aufgebraucht. Selbst in den Fällen, in denen das Verhältnis H2: C2H4 3,5 ist, wird der gesamte Wasserstoff aufgebraucht, ohne daß dabei das vorhandene Methylacetylen und Propadien vollkommen oder in zufriedenstellendem Maße entfernt werden. It can also be seen from Tables I A and I B that the palladium catalyst has too great an activity without the addition of chromium, because at a temperature of 66 ° C the existing hydrogen becomes perfect used up. Self in those cases where the H2: C2H4 ratio is 3.5, all of the hydrogen used up without the existing methylacetylene and propadiene completely or removed to a satisfactory degree.
Beispiel 2 Bei einem weiteren Versuch mit den im Beispiel 1 beschriebenen Katalysatoren wurden nun vergleichende Versuche bei Temperaturen von 66 bis 121"C durchgeführt, und es wurde der gleiche Gasstrom, jedoch mit einem kleineren Molverhältnis von Wasserstoff zu Allylen verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle angegeben. Example 2 In a further experiment with those described in Example 1 Catalysts were now comparative tests at temperatures from 66 to 121 "C and the same gas flow was carried out, but with a smaller molar ratio used from hydrogen to allylene. The results are given in the table.
Tabelle II A. 0,046 °/o Pd auf A1203
Beispiel 3 Ein Palladium-Chrom-Katalysator wurde nach dem im Beispiel 1 angegebenen Verfahren dargestellt und unter verschiedenen Verfahrensbedingungen auf Tauglichkeit für die selektive Hydrierung geprüft. Es wurden Gasströme mit einem hohen Prozentsatz an Wasserstoff im Verhältnis zu Allen verwendet. Die Experimente wurden bei Temperaturen von 66 bis 149 C durchgeführt. Example 3 A palladium-chromium catalyst was prepared according to that in Example 1 and under different process conditions tested for suitability for selective hydrogenation. There were gas streams with a high percentage of hydrogen relative to all used. The experiments were carried out at temperatures of 66 to 149 C.
Tabelle III 0,033 0/o Pd und 0,036 0/o Cr auf A1203
Die Verfahrensbedingungen, bei denen diese zweimonatige Dauerprüfung durchgeführt wurde, waren dieselben wie im ersten Beispiel, jedoch wurden die folgenden Änderungen vorgenommen: Die Durchlaufgeschwindigkeit des Gasstromes betrug 800 pro Stunde; das Molverhältnis von Wasserstoff zu Allylen betrug etwa 1,6 bis 2,0; das einströmende Gas enthielt 0,5 0/o Propadien und 1,50/0 Methylacetylen. The procedural conditions under which this two-month endurance test were the same as in the first example except that the following were made Changes made: The gas flow rate was 800 per Hour; the hydrogen to allylene molar ratio was about 1.6 to 2.0; the Incoming gas contained 0.5% propadiene and 1.50 / 0 methylacetylene.
Nachdem der Katalysator innerhalb der ersten 2 Tage bei einer konstanten Temperatur von 71"C sein Aktivitätsmaximum erreicht hatte, wurde er 2 Monate (60 Tage) bei einer Verfahrenstemperatur von 54"C laufend mit dem zu hydrierenden Gasstrom beschickt, wobei ein Verlust an höher ungesättigten Kohlenwasserstoffen in der Größenordnung von weniger als 0,001 0/0 auftrat, der sich während der gesamten Versuchsdauer nicht änderte. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV angegeben. Nach Beendigung des Versuches war der Katalysator fast vollkommen frei von Kohlenstoffabscheidungen. After the catalyst within the first 2 days at a constant Temperature of 71 "C had reached its maximum activity, he was 2 months (60 Days) at a process temperature of 54 "C continuously with the gas stream to be hydrogenated charged, with a loss of more highly unsaturated hydrocarbons in the order of magnitude of less than 0.001% occurred, which did not occur during the entire duration of the experiment changed. The results are given in Table IV. After the end of the experiment the catalyst was almost completely free of carbon deposits.
Tabelle IV 0,026% Pd und 0,031 0/0 Cr auf Al203
Die Tatsache, daß die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren mit geeigneten Mengen Chrom eine hohe selektive Hydrierfähigkeit aufwiesen und gegen Temperaturschwankungen unempfindlich sind, ist der besondere Vorteil dieser Katalysatoren. Die Versuchsergebnisse über die Wirkung des Chroms auf das Palladium sind in Tabelle angegeben. Diese Versuche wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 4 durchgeführt. The fact that the catalysts used according to the invention with suitable amounts of chromium had a high selective hydrogenation ability and against The particular advantage of these catalysts is that they are insensitive to temperature fluctuations. The test results on the effect of chromium on the palladium are given in the table. These experiments were carried out under the same conditions as carried out in example 4.
Tabelle V A. 0,027 0/o Pd auf Al203
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---|---|
DE (1) | DE1198809B (en) |
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- 1961-03-22 DE DEC23710A patent/DE1198809B/en active Pending
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