DE1276009B - Verfahren zum Wiederbeleben von kristallinen Aluminosilicat-Zeolith-Katalysatoren - Google Patents
Verfahren zum Wiederbeleben von kristallinen Aluminosilicat-Zeolith-KatalysatorenInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #β PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Deutsche Kl.:
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Auslegetag:
BOIj
ClOg
12 g 11/18
23 b -1/04
P 12 76 009.7-41 (E 25015)
19. Juni 1963
29. August 1968
Die Erfindung bezieht sich auf die Regenerierung von kristallinen großporigen Aluminosilicat-Zeolith-Katalysatoren
mit Porenöffnungen zwischen 6 und
15 A, die mit einem Metall oder einer Verbindung eines Metalls der Platingruppe, wie Platin, Palladium,
Rhodium, Osmium, Iridium, kombiniert sind und bei denen der Alkaligehalt des zeolithischen Trägers,
berechnet als Alkalioxyd, weniger als 10 Gewichtsprozent des Trägers beträgt. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe ist dabei die Erhaltung der Aktivität eines solchen Katalysators in Gegenwart
von entaktivierenden Mengen an Stickstoffverbindungen bei der hydrierenden Spaltung von Erdölkohlenwasserstoffen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erschöpfte Katalysator 1 bis 64 Stunden bei 315 bis 538° C mit Wasserstoff behandelt
wird.
Viele Katalysatoren verursachen starke Koksbildung und erfordern die Anwendung hoher Drücke
und eine besondere Reinigung des Ausgangsgutes, besonders wenn die zu spaltenden Öle organischen
Stickstoff enthalten.
In Gegenwart von Wasserstoff und einem palladiumhaltigen
Molekularsiebkatalysator, der Porenöffnungen zwischen 6 und 15 A und vorzugsweise ein
Verhältnis von Siliciumdioxyd zu Aluminiumoxyd zwischen 4 und 6 aufweist, läßt sich auch ein stickstoffreiches
Ausgangsgut der hydrierenden Spaltung unterwerfen. Die Kohlenwasserstoffzufuhr wird von
Zeit zu Zeit unterbrochen, die Temperatur über diejenige des hydrierenden Spaltverfahrens hinaus erhöht
und die Wasserstoff strömung 15 Minuten bis
16 Stunden fortgesetzt, um die Aktivität des Katalysators wiederherzustellen. Diese Wasserstoffbehandlung
reaktiviert die hier beschriebenen kristallinen Platinmetall-Aluminosilicat-Katalysatoren für die
hydrierende Spaltung, während sie auf Platinmetallkatalysatoren, die sich auf amorphen Kieselsäure-Tonerdeträgern
befinden, kaum eine Wirkung hat.
Die zur Reaktivierung des hydrierenden Spaltkatalysators durch die Wasserstoffbehandlung erforderliche
Temperatur richtet sich normalerweise nach dem Siedebereich und dem Stickstoffgehalt des
Ausgangsgutes. Im allgemeinen wird die hydrierende Spaltung bei 204 bis 427° C durchgeführt. Die
Reaktivierung mit Wasserstoff erfolgt bei etwas höherer, z. B. um 55° C höherer Temperatur als die
hydrierende Spaltung. Man arbeitet daher bei Temperaturen von etwa 315 bis 5380C, Drücken von
0 bis 68 atü und Behandlungszeiten von 1 bis 64 Stunden. Im allgemeinen beträgt die Wasserstoff-Verfahren
zum Wiederbeleben von kristallinen
Aluminosilicat-Zeolith-Katalysatoren
Aluminosilicat-Zeolith-Katalysatoren
Anmelder:
Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. K. Th. Hegel, Patentanwalt,
2000 Hamburg 50, Große Bergstr. 223
Als Erfinder benannt:
Edwin Emile Sale, Baton Rouge, La. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Juli 1962 (212 463) -
Strömungsgeschwindigkeit 50 bis 2000 Normalraumteile je Raumteil Katalysator je Stunde.
Beispiele für in der Natur vorkommende großporige kristalline Aluminosilicat-Zeolithe sind die
Mineralien Faujasit und Mordenit. Neuerdings sind auch synthetischer Mordenit und die Wasserstoffionenform
von Mordenit mit wirksamen Porendurchmessern von etwa 10 A in größeren Mengen verfügbar
geworden (vgl. Chemical and Engineering News, vom 12. März 1962). Im allgemeinen enthalten alle
diese kristallinen Aluminosilicat-Zeolithe eine erhebliche Menge Alkalimetall, normalerweise Natrium.
Die hier verwendeten Katalysatoren sind vorzugsweise solche, bei denen ein erheblicher Teil des
Alkalimetalls, z. B. des Natriums, gegen ein Kation (entweder ein Metallkation oder ein wasserstoffhaltiges
Kation, wie NH^") ausgetauscht worden ist,
so daß der Natrongehalt (Na2O) auf weniger als
10 Gewichtsprozent, vorzugsweise auf etwa 0,5 bis 6 Gewichtsprozent (bezogen auf den Zeolith), herabgesetzt
worden ist und die mit einem Metall der Platingruppe kombiniert worden sind.
Die wasserfreie Form des großporigen kristallinen Aluminosilicat-Zeoliths nach dem Ionenaustausch,
jedoch vor der Kombination mit dem Metall der Platingruppe, läßt sich durch die folgende allgemeine
Formel darstellen:
0,9 ± 0,2Me1O-Al2O3-XSiO2
in der Me Wasserstoff oder ein Metallkation (so daß der Na2O-Gehalt weniger als 10 Gewichtsprozent des
809 598/543
Zeoliths beträgt), η die Wertigkeit desselben und Z eine Zahl von 2,5 bis 14, vorzugsweise von 3 bis 10,
insbesondere von 4 bis 6, bedeutet (da solche Verhältnisse von Siliciumdioxyd zu Aluminiumdioxyd
einen aktiveren, selektiveren und beständigeren Katalysator liefern als Verbindungen, bei denen dieses
Verhältnis niedriger ist).
Die Einbringung des Platingruppenmetalls kann in üblicher Weise durch Naßtränkung oder durch
Ionenaustausch erfolgen. Hierfür kann ein Platin- oder Palladiumsalz oder eine Ammonium-Komplexverbindung
dieser Elemente, wie Pt(NH3)4Cl2, verwendet
werden. Die Menge des katalytischen Metalls in dem fertigen Katalysator beträgt gewöhnlich 0,01
bis etwa 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent. Normalerweise wird der Katalysator
einer Wärme- oder Wasserstoffbehandlung bei höheren Temperaturen, z. B. bei 260 bis 815° C,
unterworfen, um das Platinmetall wenigstens teilweise zu reduzieren. ao
In dem hier verwendeten Katalysator kann das Natrium gegebenenfalls auch durch andere Elemente,
wie Kobalt, Nickel, Zink, Magnesium, Calcium, Cadmium, Kupfer oder Barium ersetzt sein. Solche
Stoffe wirken nicht nur als Träger für den Platinmetall-Katalysator, sondern besitzen auch eigene
katalytische Aktivität.
Ein Verkokergasöl mit einem Siedebereich von 254 bis 538° C und einem Gehalt an Stickstoffverbindungen
von 2072 Teilen je Million wird bei 68 atü und einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,5 Raumteilen/Raumteil/Stunde
unter Verwendung eines Molekularsiebkatalysators mit einem Verhältnis SiO2: Al2O3 von etwa 5 und einem Palladiumgehalt
von 0,5 Gewichtsprozent hydrierend gespalten. Der verwendete Spaltkatalysator wird in gewissen Abständen
laufend regeneriert.
In der folgenden Tabelle I ist eine Reihe hintereinander durchgeführter Versuche zusammengestellt,
wobei in der ersten Spalte die Art der Wiederbelebung und in den darauffolgenden Spalten die Arbeitsbedingungen
bei Verwendung des so regenerierten Katalysators angegeben sind. In den beiden letzten
Kolonnen sind die bei der hydrierenden Spaltung jeweils gewonnenen Ergebnisse zusammengestellt.
Der Versuch 1 zeigt die Ergebnisse, die bei Verwendung des Katalysators zu Beginn der Versuchsreihe,
also ohne Regeneration, erhalten wurden. Versuch 2 zeigt die Ergebnisse bei einer Regeneration des Katalysators
lediglich durch Erhitzen auf 371° C bei 68 atü ohne Einleiten eines Wasserstoffstromes. Es zeigt
sich, daß die Aktivität des Katalysators hierbei nicht gesteigert wird. Versuch 3 veranschaulicht die Ergebnisse,
die erhalten wurden, nachdem der Katalysator, ebenso wie bei Versuch 2, auf 371° C bei einem
Druck von 68 atü, diesmal jedoch in Gegenwart von Wasserstoff 16 Stunden lang erhitzt worden war.
Versuch 4 zeigt, daß eine gewisse Verbesserung der katalytischen Wirksamkeit erzielt werden kann, wenn
der Katalysator erheblich lange Zeit, nämlich 64 Stunden, mit Wasserstoff behandelt wird. Versuch
5 zeigt, daß sich eine Abnahme der katalytischen Wirksamkeit ergibt, wenn der Katalysator ohne
Wasserstoffzufuhr nur auf 371° C erhitzt wird. Versuch 6 zeigt dagegen eine Verbesserung der katalytischen
Wirksamkeit durch Erhöhung der Behandlungstemperatur des Katalysators über die Temperatur
der hydrierenden Spaltung hinaus. Dabei wird eine höhere prozentuale Volumenumseizung und
gleichzeitig ein Produkt mit besserem spezifischem Gewicht erzielt. Versuch 7 entspricht der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, wobei die Regeneration des Katalysators bei 427° C in Gegenwart
eines Wasserstoffstromes durchgeführt wird. Dies entspricht wiederum einer Erhöhung der Regenerationstemperatur
über die Temperatur der hydrierenden Spaltung, welche nur 387° C betrug, und führte zu einer höheren prozentualen Volumenumwandlung
als auch zu einem Produkt mit besserem spezifischem Gewicht als bei Versuch 6. Die Versuche
8, 9, 10 und 11 zeigen, daß die Aktivität des Katalysators viele Stunden lang mindestens auf der
gleichen Höhe gehalten werden kann, wenn der Katalysator jeweils nach 6 Stunden einer Wiederbelebung
unterworfen wird. Wenn jedoch die Regenerationsbehandlung in dem Sinn geändert wurde,
daß der Wasserstoffstrom abgeschaltet und die Behandlungstemperatur des Katalysators vermindert
wurde, ergab sich ein scharfer Abfall hinsichtlich der katalytischen Wirksamkeit und auch hinsichtlich des
spezifischen Gewichtes des erzielten Produkts, wie die Versuche 12 und 13 zeigen. Wenn schließlich bei
Versuch 14 der Katalysator wiederum auf eine Temperatur über diejenige, die bei der hydrierenden
Spaltung angewendet wurde, in Gegenwart von Wasserstoff erhitzt wurde, ergab sich eine deutliche
Verbesserung der katalytischen Wirksamkeit, die sich in der prozentualen Volumenumwandlung und dem
spezifischen Gewicht des Produkts erkennbar machte. Zum richtigen Verständnis der Tabelle sei darauf
hingewiesen, daß jeder Versuch nur mit dem unmittelbar vorhergehenden und nicht mit wesentlich
früheren in Vergleich gesetzt werden kann.
Arbeitsbedingungen bei der Regenerierung | 371° C, | 68 | atü, | kein Wasserstoffstrom | Arbeitsbedingungen | Versuchs | Spezifisches Gewicht |
Umwandlungs | |
371° C5 | 68 | atü5 | Wasserstoffstrom | beim hydrierenden | dauer | des Produkts | grad | ||
Versuch | 3710C5 | 68 | atü, | Wasserstoffstrom | Spalten nach der Regeneration |
Stunden | von über 204° C siedendem zu unter 204° C |
||
Versuchs | 2 | siedendem | |||||||
temperatur | 2 | 0,7128 | Material | ||||||
16 Stunden, | °C | 5 | 0,7136 | Volumprozent | |||||
1 | 16 Stunden, | 381 | 2 | 0,7766 | 84 | ||||
2 | 64 Stunden, | 389 | 0,7245 | 84 | |||||
3 | 388 | 56 | |||||||
4 | 383 | 79 | |||||||
Tabelle I (Fortsetzung)
16 | Arbeitbedingungen bei der Regenerierung | 371° C, | 68 | atü, kein Wasserstoffstrom | Arbeitsbedingungen | Versuchs | Spezifisches Gewicht |
Umwandlungs | |
16 | 400° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom .... | beim hydrierenden | dauer | des Produkts | grad | ||
Versuch | 16 | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom .... | Spalten nach der Regeneration |
Stunden | von über 204° C siedendem zu unter 204° C |
||
16 | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom .... | Versuchs | 4 | siedendem | |||
16 | Stunden, | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom | temperatur | 4 | 0,7941 | Material | |
64 | Stunden, | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom | 0C | 6 | 0,7805 | Volumprozent | |
5 | 16 | Stunden, | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom .... | 383 | 6 | 0,7507 | 49 |
6 | 16 | Stunden, | 371° C, | 68 | atü, kein Wasserstoff | 388 | 6 | 0,7440 | 55 |
7 | 16 | Stunden, | 371° C, | 68 | atü, kein Wasserstoff .... | 387 | 6 | 0,7354 | 67 |
8 | 1 | Stunden, | 427° C, | 68 | atü, Wasserstoffstrom | 391 | 6 | 0,7146 | 70 |
9 | Stunden, | 391 | 6 | 0,7424 | 74 | ||||
10 | Stunden, | 403 | 2 | 0,8529 | 83 | ||||
11 | Stunden, | 390 | 2 | 0,8581 | 71 | ||||
12 | Stunde, | 392 | 0,8198 | 28 | |||||
13 | 379 | 27 | |||||||
14 | 384 | 40 | |||||||
In Tabelle II sind Ergebnisse bei der Reaktivierung des gleichen Katalysators angegeben, der seine
Aktivität bei der hydrierenden Spaltung eines ungespaltenen Süd-Louisiana-Gasöls verloren hat, welches
einen niedrigeren Stickstoffgehalt von 112 Teilen je Million aufweist. Dieses Gasöl hat einen Siedebereich
von 199 bis 454° C und wird der hydrierenden Spaltung bei 68 atü und einer Zufuhrgeschwindigkeit von
1 Raumteil/Raumteil/Stunde unterworfen. Infolge des niedrigeren Stickstoffgehalts ist dieses Ausgangsgut
as nicht so wärmebeständig wie das Verkokergasöl, und
die Umwandlung muß daher bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden. Die für die Wiederbelebung
des Katalysators durch Wasserstoffbehandlung erforderliche Temperatur braucht diesmal nur
371° C zu betragen.
Tabellen
Beschickung: Ungespaltenes Süd-Louisiana-Gasöl
Beschickung: Ungespaltenes Süd-Louisiana-Gasöl
Arbeitsbedingungen bei der Regenerierung | Arbeitsbedingungen | Versuchs | Spezifisches Gewicht |
Umwandlungs | |
beim hydrierenden | dauer | des Produkts | grad | ||
Versuch | Spalten nach der Regeneration |
Stunden | von über 204° C siedendem zu unter 204° C |
||
Versuchs | 2 | siedendem | |||
temperatur | 3 | 0,7374 | Material | ||
Wasserstoffstrom, 16 Stunden, 293° C, 68 atü | 0C | 6 | 0,7559 | Volumprozent | |
15 | Wasserstoffstrom, 16 Stunden, 315° C, 68 atü | 297 | 6 | 0,7612 | 73 |
16 | Wasserstoffstrom, 16 Stunden, 315° C, 68 atü | 298 | 5,5 | 0,7770 | 66 |
17 | Wasserstoffstrom, 64 Stunden, 371° C, 68 atü | 296 | 6 | 0,7475 | 64 |
18 | Wasserstoffstrom, 16 Stunden, 371° C, 68 atü | 297 | 6 | 0,7539 | 68 |
19 | kein Wasserstoff, 16 Stunden, 293° C, 68 atü | 297 | 2 | 0,7887 | 69 |
20 | Wasserstoffströmung, 16 Stunden, 349° C, 68 atü | 298 | 2 | 0,7818 | 67 |
21 | Wasserstoffstrom, 1 Stunde, 3710C, 68 atü | 297 | 2 | 0,7736 | 49 |
22 | Wasserstoffstrom, 16 Stunden, 371° C, 68 atü | 297 | 0,7408 | 57 | |
23 | 297 | 60 | |||
24 | 296 | 65 | |||
Dieses Beispiel zeigt die erfindungsgemäße Wasserstoff-Wiederbelebung
eines Platinmetall-Trägerkatalysators auf einem dem Ionenaustausch unterworfenen
kristallinen Aluminosilicat-Zeolith im Vergleich zu praktisch der gleichen Behandlung eines
Platinmetall-Katalysators auf einem amorphen Kieselsäure-Tonerde-Träger, besonders hinsichtlich
der Fähigkeit des so behandelten Katalysators, ein Stickstoffreiches Ausgangsgut hydrierend zu spalten.
Die Ergebnisse sind mit denjenigen des Beispiels 1 zu vergleichen.
Ein ähnlicher Katalysator bekannter Art, der 0,5 Gewichtsprozent Palladium auf einem amorphen
Kieselsäure-Tonerde-Träger (3-A-Basis) enthält, wird in gleicher Weise unter Verwendung des gleichen
Verkokergasöls (2072 Teile Stickstoff je Million) wie bei den vorher beschriebenen Versuchen
behandelt. Der aus Palladium auf dem amorphen Kieselsäure-Tonerde-Träger bestehende Katalysator
wird zunächst nach dem gleichen Verfahren aktiviert, welches auch für den Katalysator gemäß der Erfindung
angewandt wurde, und auf seine hydrierende Spaltaktivität bei 371 bis 400° C, 68 atü, einer
Wasserstoffzufuhr von 125 Nm3 je 1001 und einer Zu-
!fahrgeschwindigkeit des Ausgangsgutes von 1 Raumteil/Raumteil/Stunde
untersucht. Da frühere Arbeiten ergaben, daß die Temperatur der Wiederbelebung mit Wasserstoff um etwa 55° C höher liegen soll als
die Temperatur bei der hydrierenden Spaltung, wenn die Aktivität erhalten bleiben soll, wurde der aus
Palladium auf dem amorphen Kieselsäure-Tonerde-Träger bestehende Katalysator der Wiederbelebungsbehandlung mit Wasserstoff bei 454° C unterworfen
und dann zur hydrierenden Spaltung eingesetzt.
Die Ergebnisse finden sich in Tabelle III.
Tabelle ΙΠ
Wasserstoffbehandlung eines Katalysators, bestehend aus 0,5 Pd auf amorphem Kieselsäure-Tonerde-Träger (3 A)
Ausgangsgut: Verkokergasöl, 200 ml Katalysatorbeschickung; Prüfbedingungen: 125 Nms/1001; 68 atü; 1 Raumteil/Raumteil/Stunde.
Aktivierung des Katalysators
vor dem. Versuch
vor dem. Versuch
Wasserstofigeschwindig-
keit
Nl/Stunde
Nl/Stunde
Temperatur
0C
0C
Druck
atü
atü
Zeit
Stunden Reakti-
vierungs-
temperatur
Reakti-
vierungs-
dauer
Stunden
Flüssiges Produkt,
Destillat
und Verlust bei
und Verlust bei
2210C
Umwandlungsgrad von über 221° C
siedendem zu unter 221° C
siedendem Material
Volumprozent
keine (frische Katalysatorbeschickung)
56,6
454
538
16
2
I
2
I
2
28
4,5
5,5
4,5
5,5
35
4,5
4,5
32 18
Wie Tabelle III zeigt, läßt sich eine hinreichende Wiederbelebung des aus Palladium auf dem amorphen
Kieselsäure-Tonerde-Träger bestehenden Katalysators durch die gleiche Wasserstoffbehandlung, die
zu einer Aktivierung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren führt, nicht erreichen. Vor der
Wasserstoffbehandlung liefert der amorphe Kieselsäure-Tonerde-Katalysator praktisch überhaupt keine
Umwandlung des Gasöls bei 4000C. Nach 16stündiger
Behandlung mit Wasserstoff bei 471° C verbessert sich der Umwandlungsgrad nur für eine kurze
Zeit von 1 Stunde oder weniger. Der Umwandlungsgrad innerhalb der nächsten 3 Stunden nach der
»Wiederbelebung« ist beträchtlich niedriger als derjenige, der bei einer niedrigeren mittleren Temperatur
innerhalb einer 5stündigen Versuchsdauer vor der Wiederbelebung erzielt wird. In der ersten
Betriebsstunde nach der Wiederbelebung zeigt sich zwar eine gewisse Verbesserung des flüssigen Produkts;
die Aktivitätszunahme des Platinmetall-Katalysators auf dem amorphen Kieselsäure-Tonerde-Träger
ist jedoch nur von kurzer Dauer, und während der nächsten beiden Stunden wird praktisch überhaupt
keine Umwandlung mehr erzielt.
Die Wiederbelebung des Platinmetall-Katalysators auf einem großporigen kristallinen Aluminosüicatträger
mit Wasserstoff bringt also den erheblichen technischen Fortschritt mit sich, daß die Aktivität
des Katalysators erhalten bleibt; dieser Fortschritt war in Anbetracht der geringen Wirkung der Wasserstoffbehandlung
auf einen Platinmetall-Katalysator auf einem amorphen Kieselsäure-Tonerde-Träger
nicht vorauszusehen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Wiederbeleben von kristallinen Aluminosilicat-Zeolith-Katalysatoren mit Porenöffnungen zwischen 6 und 15 A, die weniger als 10 Gewichtsprozent Na2O und außerdem Metalle oder Verbindungen von Metallen der Platingruppe enthalten und die bei der hydrierenden Spaltung von Schwefel- und Stickstoffverbindungen als Verunreinigungen enthaltenden Erdölkohlenwasserstoffen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erschöpfte Katalysator 1 bis 64 Stunden bei 315 bis 538° C mit Wasserstoff behandelt wird.In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 963 425; Referat von Ss. P. Rogow, Chem. Ztr. Bl., 1959, S. 13 357.809 598/543 8.68 © Bundesdruckerei Berlin
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ID=22791130
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