DE1468662A1 - Verfahren zur katalytischen Hydroentalkylierung von alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren zur katalytischen Hydroentalkylierung von alkylaromatischen KohlenwasserstoffenInfo
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Description
- Verfahren zur katalytischen Hydroentalkylierung von alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen.
- Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur katalytischen Hydroentalkylierung von alkylaromatisohen Kohlenwasserstoffen und bezieht sich insbesondere auf die Herstellung von Benzol und Naphtalin durch katalytische Entalkylierung von methyl-und/ 0der äthylsubstituierten Benzolen und Naphtalinen.
- Der Petroleumindustrie stehen Petroleumfraktionen zur Verfügong, die im wesentliohen aus Mischungen von Alkylbenzolen und/oder Alkylnaphtalinen, insbesondere von alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen in denen die Alkylgruppe Methyl ist, bestehen. Die bandlung dieser Produkte in die entsprechenden nicht substituierten aromatiohen Kohlonwasseratoffe, d. h. in Benzol oder Naphtalin ist wirtschaftlich vorteilhaft und für die Entwioklung der. moderne Petroleumohemie von grossem Interfesse.
- Die Entalkylierung der methylarpmatisohen Kohlenwasserstoffe kann sowohl thermisch als auch katalytisch durohgeführt werden, wobei in beiden Fäll en Wasserstoff unter Druck und bei mehr A oder weniger hohen Temperaturen verwendet wird. Die katalytiaohen Verfahren bieten jedoch den thermischen gegenüber verschiedene Vorteile, deren erater in der Möglichkeit der Verwen-; dung uiedriger Temperaturen besteht. Zufolge der gleichzei-. tigon Gegenwart von Wasserstoff unter hohem Druok 1n, den Reaktoren, werden durch diesen Faktor die Anlagekosten sta@k herabgesetzt.
- Bel don in der Literatur beschriebenen katalytischen Verfahren sur Herstellung aromatisoher Kohlenwasserstoffe durch Entalkylierung von alkylaromatisohen Kohlenwasserstoffen, welohe im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 450°C und 700°C unter Wasseretoffdruok von 1 bis 100 Atmosphären durchgeführt werden, werden verschiedene Katalyeatoren verwendet, die im allgemeinen ein Metall der VIII. Gruppe, ein Metall der VIGruppe oder ihre Oxyde auf einem porösen Trägermaterial wie Alaunerde, Kieselerde, Kieselerde-Alaunerde umfassen.
- So verschieden auch die verwendeten katalytisohen Materialien eind, so ist doch keinea derselben wirklich vollauf zufriedenxtellend. Wenn man sich vor Augen halt, dasa die Hydro-Entalkylierungsreaktion sur Bubstituierung eines Radikals R (-CH3'-C2H5 usw...:) durch ein Waerstoffatom führt, d.h. mit einer durch die StUohiometrie der Umsetzung bedingten beträchtlichen Gewichtsabnahme forteohreitet, dann let en verständlich, dass es unerlässlich ist die Selektivität der Umsetzung auf das chuchote zu steigern, um sämtliche zusätzlichen Verluste durch Nebenreaktionen zu vermeiden.
- Dia Ertindung bezweckt somit in erster Linie, die Auebeute an entalkyliertem Produkt, welche bei einem katalytischen Entalkylierungsverfahren erzielbar ist, durch Verwendung eines Katalyaatora essorer Selektivität ale die bisher bekannten zu erhöhen.
- Bedenkt man, dass die Geschwindigkeit der Entalkylierung der alkylaromatischen Kohlenwasserstoffe unmittelbar von der Temperatur der Katalysatormasse, dem Teildruck des Kohlenwasserstoffes und des Waaaeratoffea eowle vom VerhRltnis zwischen der Menge des pro Zeiteinheit zur Umsetzung gebrachten Stoffes und der Einheit der Katalysatormasse, d.h. von der räumlichen Geschwindigkeit, abhängt, dann beeteht eine weitere präzise Aufgabe der Erfindung auch darin, bei sonst gleichen Versuchsbedingungen die Geschwindigkeit der Entalkylierung, d. h. die Umwandlungen in entalkyliertes Produkt, zu verbesserng ohne natürlich die Selektivität des Katalysators zu verachlechtern, d. h. bei Aufrechterhaltung hoher Ausbeuten. Beide Faktoren zielen darauf ab, bei gleichbleibender Beschickung und sonst unveränderten technischen Merkmalen der Anlagen, grössereMengen an entalkyliertem Produkt zu erhalten.
- Es hat sich nun gezeigt, dass beide diese Ergebnisse durch Verwendung von Oxyden oder Sulfiden der Metall der VI. Gruppe erreioht werden können, welche sich auf einem Alaunerdeträger mit hohem Reinheitsgrad, vorzugsweise in der durch eine grosse Porosität gekennzeiohneten eta-Phaae, mit einer Oterfläche von etwa 150-200 m2/g und einem mittleren Porendurohmeaser von mehr ale 150 Å und weniger als 550 tt vorzugsweise um 250 Å befinden.
- Um diesem Eigenschaften zu erhalten, @üssen die alaunerden durch besondere Verfahren zubereitet werden, da die handelsüblichen Alaunerden erheblich von diesen günstigsten ohe ikalischen Parametern abweichende Parameter besitzen.
- Es lot noch nicht bewiesen, ob das besondere und vorteilhafte Verhalten von der Kristallstruktur des Trägers oder vielmehr von seiner physikalischen Struktur, d.h. der Oberfläche und den Porenabmessungen abhängt. Es konnte jedenfalls beobachtet werden, dass jedesmal, wenn ein Oxyd oder Sulfid eines Metalles der VI.Gruppe auf einem solchen besonderen Alaunerdeträger verwendet wird, die Ergebnisse eindeutig besser sind als jene, die bei Verwendung handelsüblicher Alaunerden ale Triller erzielbar sind.
- Aus dem bisher Gesagten ergibt sich, dass die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendbaren Alaunerden nicht in Table ntorm vorliegen dürfen und auf jeden Pal1 nicht naoh einem Verfahren hergestellt sein dürfen, welches einen Pressvorgang vorsieht, da bei diessem Vorgang die Porosität des Materials zum Teil zerstört wird. Es isthingegen notwendig, sie nach einem Verfahren herzustellen, dan dom Endprodukt die gewünschte ohemisohphysikalische Struktur auseer den guten mechanischen Bigenschaften verleiht, die seine industrielle Verwertung gestatten.
- Für eine gewisse günstigste chemisch-physikalische Struktur bemerkt man, aaS8 die unter Standard-Vereuohsbedingungen erreichbare Umwandlung. bendeutend groseer ist, als jene bei Verwendung von Katalyeatoren mit anderer Strukturs Ferner bemerkt man, dass auch die Ausbeute duroh geeignete Wahl der Trägerstruktur stras besser ist, so dass eine Aenderung derselben nicht nur eine Erhöhung der Geschwindingkeit der Hydroentalkylierungsteaktion mit sich bringt, was ein grundlegender Faktor fUr eine intensivere Ausnützung der katalytischen Anlagen ist, sondern auch in der liage zist, die Selektivität der Umeetsung su verbessern und dieNebenreaktionen duroh Kraokung auf ein Mindestmass herabzudrücken, welche im allgemeinen zur Bildung anderer Kohlenwasserstoffe ale den gewünschten oder su Koksablagerungen auf dem Katalysator führen.
- Zur besseren Erläuterung der Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele beeohrieben, die jedoch nicht einschränkend aufzufassen sind. xi 1 Es wurden verschiedene, In wesentlichen aue Chromoxyd auf Alaunerde bestehende Katalysatoren durah Imprägnierung von handelsüblichen, bei 550°C caloinierten alaunerden zubereitet. Die Imprbiet wurde mit einer ChromsBurelSeung in auereiohender Menge durchgeführt, un ein aus Alaunerde mit 16% Chromoxyd bestehendes Endprodukt zu erhalten. Die Reduktion wurde mit Wasserstoff bei 300°C durchgeführt.
- Die zu diesem Zweck verwendeten handelsüblichen Alaunerden waren die Alaunerde Harschaw H-0104 und die alaunerde Alcoa F-10, Die @igenschaften dieser Alaunerden sind in der folgenden Tabelle angegebent: Tabelle 1 Physikalisch-chemische Eigneschaften von handelsüblichen Alaunerden Eingenschaften B&rshaw004Alcoa-F-10 Oberfläche, m2/g 116 100 rorositatom/g0.340,3 mittlerer Porendurchmesser,Å 113 80 tatsächliche Dichte, g/cm3 3,2 3,2 Dichte beim Füllen, kg/l 1 1 Veine poröse Alaunerde naah der Erfindung wurde auf folgende Weiae erhalten. Einer AlCl3-Lösung wird eine abgekühlte 30%-ige Hexamethylentetraminlüsung in Wasser hinzugefügt. Anschliessend wird mit einer Paraffinschicht zagedeckt und das Ganse 24 Stunden lang bei goa im Ofen gelaween. Nach Ablauf dieser Zeit iet die Masse vollständig geliert. Man nimmt sie aus dem BehEtsr und zerschneidet sie in Würfel von 1 cm Seitenlänge, welche man in einen Soheidetriohter bringt, der duroh Wasserumlauf im Doppelmantel mittels Thermastaten auf 70°C gehalten wird. Manwäscht mit einer aus destilliertem Wasser, dessen pH mit Ammoniak auf 11 gebracht wurde, bestehenden Wasserlösung 20 Stunden lang. Nach den Waschen bringt mm das Produkt bei 9500 in den Ofen und nach einigen Studen ist der meiste Teil Wasser beseitigt.
- Die Alaunerde weist nach dieser Bekandlung bei der Röntgenstrahlenuntersuchung vorwiegend die Struktur desß-Trihydrats oder Bayerits auf. Man bringt sie in den Muffelofen und erwärmt allmählich bis auf 550°C. Die so erhaltene Alaunerde besitzt einen hohen Reinheitsgrad und weist die in der Tabelle 2 angegebenen Eigenschaften auf.
- 'pa.bello2 Eigenschaften poröse alaunerde kristalline Struktur eta Oberfläche, m2/g 138 Porosität, cm3/g 0,9 mittlerer Porendurohmesaerl263 tatsächliche Dichte, g/cm3 3,2 scheinbareDichte,g/omr0,9 Dichte beim Füllen, kg/l 0,5 Mit dionan porösen Alaunerde wurde ein Katalysator mit 16% Or2Qs 3 Gehalt nach dem gleichen Verfahren, wie es für die Handels-Alaunerden durchgeführt wurde, hergestellt. Dieser Katalyeator wird nachfolgend auaechlieaelich ale poröse Alaunorde mit 16% Cr2O3-Gehalt bezeichnet.
- Die so hergestellten Katalysatoren wurden zur Hydroentalkylierung von Toluol zu Benzol in einer Hochdruckapparatur aus rostfroids Stahl versucht. Die Temperatur entlang des Katalysatorbettes wurde kontrolliert und die Temperaturunterschiede zwischen den versOhiedenen Punlcten des Bettee waren geringer ale 3°¢.
- Die erzieltem Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben, in welcher vergleichsweise auch die mit den handelsüblichen Entalkylierungskatalysatoren, dem Girdler G-41 oder 0-30 der Oatalyst and Chemioal Inc., erreichten Ergebnisse angeführt sind.
- Es ist ersichtlich, dass das Verhalten des erfindungsgemäss hergestellten Katalysators unbedingt günstiger ist und dass derselbe gegenUber den sue Handelsalaunerden hergestellten Katalysatoren und den Katalysatoren 0-30 der C.C.I. und Girdler G-41 verbesserte gon liefert.
- In der Sabelle 3 sind auch die Umwandlungswerte für einen Katalystator angegoben, der nach langer Arbeiteseit regeneriert wurde.
- Man beachte,daasdieUmwandlungenundAusbeutendiegleichen wie jene des frischen Katalysators sind, was beweist, dass weder während der Arbeit noch bei der Regenerierung die ausgezeichneten Eigenschaften des Katalysators geschmälert werden. Man beachte fermi in der Tabelle 3, dass die Gegenüberstellung der verschiedenen Katalysatoren, aus der die Ueberlegenbeit des erfindungsgemässen Katalysators hervorgeht, bei gleichen Volumen gemacht wurde.
- Wenn die GegenUberstellung unter Vorauseetzung gleichen Gewichtes gemacht worden wäre, würde die Wirksamkeit des aus porUser Alaunerde @ergestellten Katalysators um einen Faktor von über 100% grdsser erscheinen. In der Praxis ergibt dies den weiteren Vorteil der Verwendung einer geringeren Gewichtsmenge des Katalysators.
- T A B E L L E 3 Katalysator m3 g Molverhält- Umsetzungs- Druck räumliche % Benzol im stächiometrische nis temperatur Atm. Geschw. Umsetzungs- Ausbeute H2/Toluol °C cm3/cm3 produkt (% der Theprie) Katal./h Harshaw + 16 % 50 58.2 3 620 40 1 50.1 95.4 Cr2O3 C-30 50. 50.1 3 620 40 1 50.7 95.7 Alcoa(#) + 16% Cr2O3 50 57.9 3 620 40 1 45.6 95.5 Girdler C-41 50 3 620 40 1 50.5 95.3 Al2O3 poräs 50 29.8 3 620 40 1 68.4 96.5 + 16% Cr2O3 Al2O3 poräs 50 29.8 3 620 40 1 69.7 96.6 + 16% CrO3 nach Regenerierung (#) Die angegebenen Werte sind die während der craton 25 Arbeit@stunden beobaohteten Mittelwerte@ Die Lebensdauer des Katalysators ist jedoch beträchtlich langer.
- EISPIEL 2 Auoh bei der Entalkylierung der Methylnaphtalino zeigte der erfindungagemäsee Katalysator eine grässere Wirksamkeit, als die sorbekannten Katalysatoren. Beispielsweise sind in der Tabelle 4 die bei der Entalkylierung von 1-Methyl-naphtalin mit einem Handela-Katalyaator (0-30) und mit dom aus poröser Alaunerde hergestellten Katalysator erzielten Ergebnisse wiedergegeben.
- TABELLE 4 - Hydroentalkylierung von 1-Methyl-naphtalin.
- Katalysator cm3 g Umsetzungs- Druck räumliche % Naphtalin im stöchiometrische Austemperatur Atm. Geschw. Umsetzungsge- beute (% der Theorie) °C cm3/cm3 misch Katal./h C-30 50 50.1 540 40 1 66.1 97.7 Al2O3 porös 50 29.8 540 40 1 87.5 98.7 + 165 Cr2O3 Auch bei der Hydroentalkylierung von Methylnaphtalin zu Naphtalin ist somit die Verwendung des erfindungsgemässen Katalysators weitaus günstiger.
- BEISPIEL 3 Die guten Eigenschaften des aus poröser Alaunerde mit Chromoxyd hergestellten Katalysators, beobachtet man auch dann, wenn auf der porösen Alaunerde Oxyde oder Sulfide von anderen Metallen der VI. Gruppe aufgebraoht werden. In der Tabelle 5 sind beispielsweise die Ergebnisse angegeben, die mit einem duroh Imprägnierung der oben besehr$ebenen por8sen Alaunerde mit Molybdänsulfid hergestellten Katalysator erzielt werden.
- T A B E L L E 5 Hydroentalkylierung von Toluol.
- Katalysator cm3 g Temperatur Druck räumliche % Benzol im stöchiometrische °C Atm. Geschw. Umsetzungs- Ausbeuts cm3/cm3 produkt (% der Theorie) Katal./h Al2O3 proös 50 30.1 620 40 1 70.3 95.7 + 15%NoS2 SPL Die hohe spezifische Wirksamkeit des erfindungsgemässen Latalysators gesta die die Verwendung von Katalysatorzusanmensetzugen, die geringere Mengen Chromoxyd erhalten, wie dies aus der folgenden Tabelle 6 hervorgeht, in der die mit einem 6% Chromoxyd enthaltenden Katalysator erzielten Ergebnisse angefmirt sind.
- T A B E L L E 6 Hydroentalkylierung von Tuluol Katalysator m3 g Temperatur Druck räumliche % Benzol @m stöchiometrische °C Atm. Geschw. Umsetzungs- Ausbeute cm3/cm3 produkt (% der Theorie) Katal./h Al2O3 proös 50 28.5 620 40 1 68.8 95.9 + 6% Cr2O3 Dies stellt eine weitere wirtschaftliche Yerbesserung dar, die auf die Verwendung geringerer Vengea Ohromoxyda auf dem / Katalysator zurückzuführen ist.
- BEISPIEL 5 Es wurde ein Katalysator mit Alaunerde niedriger Dichte, die einen mittleren Porendurchmesser von 550 Å und eine totale Porosität von 1,8 cm3/g besass, hergestellt, um festzustellen, ob eine weitere Vergroseerung des mittleren Porenduchmessers noch eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit der Entalkylierung mit sich bringt. Die Ergebnisse sind aue der Tabelle 7 entnahmbar.
- T A B E L L E 7 Hydroentalkylierung von Toluol Katalysator cm3 g Temperatur Druck räumliche % Benzol im stöchiometrische °C Atm. Geschwind. Umsetzungs- Ausbeute cm3/cm3 produkt (% der Theorie) Katal/h Al2O3 mit 50 28.5 620 40 1 49.2 95.8 niedriger Dichte + 16% Cr2O3 Daraus ist klar ersichtlich, dasa ein zu groaser mittlerer Porendurehmesser zu einer Verringerung der Gesohwindigkeit der Entalkylierung führt. Es @eibt somit für den mittleren Porendurchmesser ein Intervall von 150 bis 550 Å definiert, innerhalb welchem die katalytische Wirksamkeit einen Höchstwert erreicht.
Claims (5)
- « PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Benzol und von Naphtalinen mit hohen Umwandlungen ausgehend von Methyl- und Aethylderivaten, durch katalytische Hydroentalkylierung, dadurch gekennzeichnet, dass eine die genannten Derivate enthalEende Beschikkungamenge bei Temperaturen zwischen 500°C und 650°C und Drueken zwischen 1 und 100 Atmosphären mit einem Katalysator in Berührung gebracht wird, der aus Oxyden oder Sulfiden von Metallen der VI. Gruppe auf einem Alaunerdträger hoher Reinheit, mit einer Porosität von mindestens 0,5 cm3/g und höchstens 1,8 cm3/g 00 und mittleren Poren-durchmessern zwischen 50 A und 550 A, vore zugsweise um 250 A, besteht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnte, dass der Träger eta-Alaunerde ist,
- 3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxyd des Metalles der VI. Gruppe Chromoxyd ist.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass der Katalysator einen Chromoxrdgehalt von weniger als 10% besitzt.
- 5. Verfahron naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfid des Metalles der VI.Gruppe Molybdänsulfid ist.
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