DE1542533B2 - Kristalline zeolithische molekularsiebe vom typ zeolith x oder y - Google Patents
Kristalline zeolithische molekularsiebe vom typ zeolith x oder yInfo
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Description
3 4
lieh beschriebenen Verfahren leicht möglich aus werden. Ebenso wie im Falle von Calcium und Mankristallinem
Zeolith Y, wenn das Verhältnis von SiO2 gan erfolgt der Austausch gegen Kationen Seltener
zu Al2O3 über 3 liegt, und aus kristallinem Zeolith X, Erden, indem der Zeolith vorzugsweise nach dem
wenn das SiO2/Al2O3-Verhältnis 2,3 bis 3 beträgt. Calcium- und/oder Manganaustausch mit einer wäß-Die
Herstellung von Zeolith Y ist in der USA.-Patent- 5 rigen Lösung eines ionisierten Salzes einer Seltenen
schrift 3 130 007 und die Herstellung von Zeolith X Erde für eine geeignete Dauer und bei geeigneten
in der USA.-Patentschrift 2 882 244 beschrieben. Temperaturen so zusammengebracht wird, daß wenig-Allgemein
bestehen die Verfahren zur Herstellung stens 5 Äquivalentprozent, vorzugsweise 5 bis 20 Äquivon
Zeolith Y und Zeolith X darin, daß man ein valentprozent, der in der Zeolithstruktur vorhandenen
wäßriges Reaktionsgemisch bildet, das insgesamt die io Metallkationen ersetzt werden.
Oxyde Na2O, SiO2, Al2O3 und H2O in ganz bestimm- Für den vorstehend genannten Zweck können ten Molverhältnissen der Oxyde enthält, das Gemisch Thorium und alle leicht verfügbaren Verbindungen bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von von Metallen Seltener Erden verwendet werden. Im 1000C digeriert und die Kristalle von Zeolith Y aus- allgemeinen werden Verbindungen verwendet, in fallen läßt. Die Kristalle werden nach der Isolierung 15 denen das Ion, das das Metall der Seltenen Erde entvon der Mutterlauge gewaschen und an der Luft ge- hält, im kationischen Zustand vorliegt. Repräsentative trocknet. Verbindungen sind die Nitrate, Bromide, Acetate,
Oxyde Na2O, SiO2, Al2O3 und H2O in ganz bestimm- Für den vorstehend genannten Zweck können ten Molverhältnissen der Oxyde enthält, das Gemisch Thorium und alle leicht verfügbaren Verbindungen bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von von Metallen Seltener Erden verwendet werden. Im 1000C digeriert und die Kristalle von Zeolith Y aus- allgemeinen werden Verbindungen verwendet, in fallen läßt. Die Kristalle werden nach der Isolierung 15 denen das Ion, das das Metall der Seltenen Erde entvon der Mutterlauge gewaschen und an der Luft ge- hält, im kationischen Zustand vorliegt. Repräsentative trocknet. Verbindungen sind die Nitrate, Bromide, Acetate,
Repräsentativ für Reaktionsteilnehmer, die als Chloride, Jodide und Sulfate von Thorium oder einem
Quelle des Siliciums im Reaktionsgemisch dienen, oder mehreren der Metalle Seltener Erden, nämlich
sind Natriumsilikat, Kieselsäuregele, Kieselsäure, 20 Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Samarium,
wäßrige kolloidale Kieselsäuresole und reaktions- Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holfähige
amorphe feste Kieselsäuren. Als Reaktions- mium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium,
teilnehmer, die als Quelle von Aluminium dienen In der Natur vorkommende Seltene Erden stellen
können, eignen sich aktiviertes Aluminiumoxyd, eine vorteilhafte Quelle für die Metalle Seltener Erden
y-Aluminiumoxvd, Aluminiumoxydtrihydrat und Na- 25 dar. Monazit, der Cerverbindungen als hauptsächliche
triumaluminat. Als Quelle des Natriums wird vorteil- Verbindungen von Metallen der Seltenen Erden zuhaft
Natriumhydroxyd verwendet. Die optimalen sammen mit geringeren Anteilen von Thoriumverbin-Mengenanteile
der Reaktionsteilnehmer sind in ge- düngen und anderen Verbindungen Seltener Erden
wissem Umfange von den jeweils verwendeten Reak- enthält, kann als geeignete Quelle von Thorium und/
tionsteilnehmern abhängig. Diese Mengenanteile sind 30 oder Seltenen Erden verwendet werden. Gemische
dem Fachmann bekannt und in der bereits genannten von Salzen von Metallen Seltener Erden, z. B. von
USA.-Patentschrift 3 130 007 angegeben. Eine typische Chloriden von Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym,
Herstellung von Zeolith Y, der ein SiO2/Al2O3-Ver- Samarium und Gadolinium, die im Handel verhälthältnis
von 3,4 hat, wird nachstehend im Beispiel 1 nismäßig billig erhältlich sind, können wirksam einbeschrieben.
35 gesetzt werden.
Um die Natriumkationen von Zeolith Y durch Als Lösungsmittel wird gewöhnlich Wasser in
katalytisch aktive Kationen, nämlich Calcium, Man- allen eingesetzten Basenaustauschlösungen verwendet,
gan und Metalle Seltener Erden zu ersetzen, ist es jedoch können auch andere Lösungsmittel verwendet
vorteilhaft, zunächst einen Austausch gegen Calcium werden, obwohl sie im allgemeinen weniger bevorzugt
und/oder Mangan vorzunehmen und anschließend 40 werden. In diesem Fall kann natürlich die vorstehende
die Kationen der Seltenen Erden in die Kristall- Liste von repräsentativen Metallverbindungen erstruktur
einzuführen. Zwar sind mehrere Methoden weitert werden. Beispielsweise können alkoholische
wohlbekannt, einen Austausch eines Metallkations Lösungen usw. außer wäßrigen Lösungen der metallgegen
ein anderes in einem Molekularsieb zu erreichen, haltigen Verbindungen verwendet werden. Natürlich
jedoch ist im Falle von Calcium und Mangan ein 45 erfahren diese Metallverbindungen im jeweils vereinfaches
Basenaustauschverfahren unter Verwendung wendeten Lösungsmittel eine Ionisierung,
eines geeigneten ionisierbaren wasserlöslichen Salzes Die Konzentration der in den Basenaustauschvöllig ausreichend. Der Basenaustausch erfolgt ganz lösungen verwendeten Metallverbindungen kann in einfach durch Zusammenbringen der entsprechenden Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Zeolith Y- oder Zeolith X-Kristalle mit einer belie- 50 Behandlung vorgenommen wird, unterschiedlich sein, bigen wäßrigen Salzlösung, z. B. von Calciumchlorid, Wenn das Alkalialuminosilikat dem Basenaustausch Calciumnitrat, Calciumbromid, Calciumacetat, CaI- mit einer Lösung einer Metallverbindung unterworfen ciumbenzoat, Calciumbromat, Calciumbutyrat, CaI- wird, liegt die Konzentration dieser Verbindung im ciumchlorat, Calciumchromat, Calciumfiuorid, CaI- allgemeinen im Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent, ciumformiat, Calciumjodid, Calciumpermanganat, CaI- 55 Der pH-Wert dieser Austauschlösung liegt gewöhnlich ciumnitrit, Calciumhypophosph.it, Mangan(II)-nitrat, im ungefähren Bereich von 3,0 bis 7,0, vorzugsweise Mangan(II)-acetat, Mangan(II)-bromid, Mangan(II)- zwischen etwa 4 und 5,5.
eines geeigneten ionisierbaren wasserlöslichen Salzes Die Konzentration der in den Basenaustauschvöllig ausreichend. Der Basenaustausch erfolgt ganz lösungen verwendeten Metallverbindungen kann in einfach durch Zusammenbringen der entsprechenden Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Zeolith Y- oder Zeolith X-Kristalle mit einer belie- 50 Behandlung vorgenommen wird, unterschiedlich sein, bigen wäßrigen Salzlösung, z. B. von Calciumchlorid, Wenn das Alkalialuminosilikat dem Basenaustausch Calciumnitrat, Calciumbromid, Calciumacetat, CaI- mit einer Lösung einer Metallverbindung unterworfen ciumbenzoat, Calciumbromat, Calciumbutyrat, CaI- wird, liegt die Konzentration dieser Verbindung im ciumchlorat, Calciumchromat, Calciumfiuorid, CaI- allgemeinen im Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent, ciumformiat, Calciumjodid, Calciumpermanganat, CaI- 55 Der pH-Wert dieser Austauschlösung liegt gewöhnlich ciumnitrit, Calciumhypophosph.it, Mangan(II)-nitrat, im ungefähren Bereich von 3,0 bis 7,0, vorzugsweise Mangan(II)-acetat, Mangan(II)-bromid, Mangan(II)- zwischen etwa 4 und 5,5.
chlorid, Mangan(II)-formiat, Mangan(II)-jodid, Man- Die Temperatur, bei der der Basenaustausch vor-
gan(II)-lactat, Mangan(II)-sulfat und Mangan(II)- genommen wird, kann innerhalb weiter Grenzen
thiocyanat oder deren Gemischen, bis wenigstens 60 liegen, nämlich im allgemeinen zwischen Raumtem-
70 Äquivalentprozent der Natriumkationen durch peratur und einer erhöhten Temperatur beim Siede-
Calcium und/oder Mangankationen ersetzt bleiben, punkt oder in der Nähe des Siedepunktes der Be-
nachdem die wesentlichen Kationen Seltener Erden handlungslösung. Das verwendete Volumen der Basen-
in die Zeolithstruktur eingebaut worden sind. austauschlösung kann in jedem Fall innerhalb weiter
Nach ähnlichen Verfahren können Kationen Seltener 65 Grenzen variieren. Im allgemeinen wird jedoch ein
Erden in die Kristallstruktur von Zeolith Y oder Zeo- Überschuß verwendet, der nach einer geeigneten
lith X oder des Calcium- und/oder manganausge- Kontaktzeit vom kristallinen Aluminosilikatzeolith
tauschten Zeoliths Y oder Zeoliths X eingebaut entfernt wird. Die Kontaktzeit kann in Abhängigkeit
von der Temperatur der Lösung und der jeweiligen nicht nur den Gehalt an Alkalimetallkationen, sondern
verwendeten Verbindungen der Metalle Seltener dient auch dazu, die Zeolithstruktur so vollständig
Erden innerhalb weiter Grenzen liegen. Sie kann bei- wie möglich mit Metallkationen abgesättigt zu halten,
spielsweise zwischen einer kurzen Dauer in der Größen- Die wesentliche Hydrier-Dehydrier-Aktivität des
Ordnung weniger Stunden bei kleinen Teilchen und 5 erfindungsgemäßen Molekularsiebes wird erreicht,
längeren Dauern in der Größenordnung von Tagen indem ein Edelmetall der Gruppe VIII des Periodibei
größerem Granulat liegen. Der Austausch kann sehen Systems, nämlich Pt, Pd, Os, Ir, Ru und Rh
auch mit mehreren Lösungschargen durchgeführt oder deren Gemische, in katalytischen Mengen und
werden, wobei die Kontaktzeit pro Charge 30 Minu- in feinverteilter Form eingearbeitet wird. Die bevorten
bis 2 Stunden betragen kann. Im allgemeinen io zugten Metalle sind Platin und Palladium,
liegt die Gesamtkontaktzeit in Abhängigkeit von den Die Menge des Edelmetalls, bezogen auf das Geverschiedenen vorstehend genannten Faktoren im wicht des aktivierten, d. h. im wesentlichen wasser-Bereich von 0,5 bis 80 Stunden. freien Zeoliths, beträgt vorzugsweise 0,05 bis 2,0%)
liegt die Gesamtkontaktzeit in Abhängigkeit von den Die Menge des Edelmetalls, bezogen auf das Geverschiedenen vorstehend genannten Faktoren im wicht des aktivierten, d. h. im wesentlichen wasser-Bereich von 0,5 bis 80 Stunden. freien Zeoliths, beträgt vorzugsweise 0,05 bis 2,0%)
Es ist offensichtlich für den Fachmann, daß Basen- insbesondere 0,1 bis 1,0 °/o- Zwar katalysiert das
austauschmethoden nicht speziell auf den Ersatz von 15 Edelmetall in größeren Mengen als 2,0 Gewicbts-
Natriumkationen in Zeolith Y oder Zeolith X ge- prozent ebenfalls die wesentliche Dehydrierreaktion,
richtet werden können, wenn der Zeolith außer Na- jedoch hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von
trium andere Kationen enthält, die beispielsweise mehr als 2,0 7o die katalytische Aktivität nicht wesent-
durch einen vorherigen Basenaustausch eingeführt lieh gesteigert wird, so daß höhere Mengen überflüssig
worden sind. Wenn beispielsweise bei der Herstellung 20 sowie überaus teuer sind. Die katalytisch aktiven
des erfindungsgemäßen kristallinen zeolithischen Mole- Edelmetalle können auf dem Zeolith in ihrer elemen-
kularsiebes der Basenaustausch, bei dem Calcium- taren Form oder als Oxyde oder als Verbindungen
und/oder Mangankationen für Natriumkationen aus- mit katalytischen Eigenschaften dispergiert werden,
getauscht werden, vor dem Basenaustausch mit Ka- Die Edelmetalle der Gruppe VIII können in das
tionen von Seltenen Erden vorgenommen wird, hat 25 erfindungsgemäße Molekularsieb nach beliebigen Me-
der letztgenannte Austausch zur Folge, daß einige thoden eingeführt werden, bei denen ein weitgehend
Calcium- und/oder Mangankationen zusätzlich zu dispergiertes, katalytisch aktives Metall erhalten wird.
Natriumkationen durch die Kationen der Seltenen Zu diesen Methoden, die erfolgreich angewendet
Erde ersetzt werden. Es ist daher notwendig, zu Beginn wurden, gehören 1) die Imprägnierung unter Verwenmehr
als 70 Äquivalentprozent der Natriumkationen 30 dung einer wäßrigen Lösung einer geeigneten Metall-
des Zeoliths durch Calcium- und/oder .Mangan- verbindung mit anschließender Trocknung und ther-
kationen zu ersetzen, um einen gewissen Ersatz für mischer oder chemischer Zersetzung der Metallverbin-
diese Kationen durch den anschließenden Basen- dung, 2) Adsorption einer fließfähigen zersetzbaren
austausch gegen Kationen von Seltenen Erden zu Verbindung des Metalls mit anschließender thermiberücksichtigen.
Die Höhe des Überschusses beim 35 scher oder chemischer Zersetzung der Metallverbin-
Basenaustausch gegen Calcium- und/oder Mangan- dung, 3) Kationenaustausch unter Verwendung einer
kationen über 70 Äquivalentprozent hinaus hängt wäßrigen Lösung einer geeigneten Metallverbindung,
natürlich von dem gewünschten, noch zulässigen in der das Metall im kationischen Zustand mit Ko-
Gehalt an Kationen von Seltenen Erden für die Ver- ordinationskomplexbildnern vorliegt, mit anschließen-
wendung des zeolithischen Molekularsiebes in einem 40 der thermischer oder chemischer Zersetzung des
Reformierungskatalysator ab. kationischen Komplexes. Die Metallbeladungsmetho-
Demzufolge muß der Austausch gegen Kationen den 2) und 3) werden bevorzugt, da die erhaltenen
Seltener Erden über den im Endprodukt gewünschten Produkte höhere katalytische Aktivität haben als die
Grad vorgenommen werden, wenn der Basenaustausch nach der Methode 1) erhaltenen Produkte. Besonders
gegen Kationen Seltener Erden zuerst und danach 45 vorteilhaft ist das Ionenaustauschverfahren 3).
der Basenaustausch gegen Calcium- und/oder Mangan- Das Imprägnierverfahren 1) kann in beliebiger kationen vorgenommen wird. Da jedoch Quellen für Weise durchgeführt werden, bei der die wesentliche Kationen Seltener Erden wesentlich teurer sind als Struktur des kristallinen zeolithischen Aluminium-Calcium- oder Manganquellen, wird der Austausch silikats nicht zerstört wird. Bei der Herstellung des gegen Kationen Seltener Erden vorzugsweise nach 5° Molekularsiebes wird eine wasserlösliche Verbindung dem Austausch mit Calcium- und/oder Mangan- des Metalls der Gruppe VIII in einer Menge, die der kationen vorgenommen. . ' . gewünschten Metallmenge im fertigen Gesamtkataly-
der Basenaustausch gegen Calcium- und/oder Mangan- Das Imprägnierverfahren 1) kann in beliebiger kationen vorgenommen wird. Da jedoch Quellen für Weise durchgeführt werden, bei der die wesentliche Kationen Seltener Erden wesentlich teurer sind als Struktur des kristallinen zeolithischen Aluminium-Calcium- oder Manganquellen, wird der Austausch silikats nicht zerstört wird. Bei der Herstellung des gegen Kationen Seltener Erden vorzugsweise nach 5° Molekularsiebes wird eine wasserlösliche Verbindung dem Austausch mit Calcium- und/oder Mangan- des Metalls der Gruppe VIII in einer Menge, die der kationen vorgenommen. . ' . gewünschten Metallmenge im fertigen Gesamtkataly-
Obwohl, wie bereits erwähnt, der Gehalt an Calcium satorprodukt entspricht, in Wasser gelöst und mit
und/oder Mangankationen im Zeolith zweckmäßig dem trockenen kristallinen zeolithischen Molekularnur
70 Äquivalentprozent und der Gehalt an Kationen 55 sieb gemischt, nachdem das Molekularsieb durch
Seltener Erden nur 0 Äquivalentprozent betragen Waschen von einer etwaigen Basenaustauschlösung
kann, wird ein möglichst niedriger Gehalt an ein- befreit worden ist, mit der es vorher in Berührung
wertigen Alkalimetallkationen besonders bevorzugt. war. Das elementare Metall der Gruppe VIII wird
Diese einwertigen Kationen tragen nicht nur nicht erhalten, wenn das Molekularsieb getrocknet und zur
zu der gewünschten Carboniumionaktivität bei, son- 60 Zersetzung der Metallverbindung erhitzt wird. Gedern
es wird angenommen, daß sie auch zu einem wohnlich wird diese Zersetzung der Metallverbindung
Verlust an katalytischer Aktivität im Betrieb bei- vorgenommen, nachdem das endgültige Katalysatortragen. Da die Kationen Seltener Erden teuer sind produkt tablettiert oder in anderer Weise in die Form
und in erster Linie zur Stabilität des Molekularsiebes gepreßt worden ist, in der es eingesetzt wird. Eine
und nicht zu seiner Reformieraktivität beitragen, ist 65 Reduktion der Metallverbindung kann, falls erforderes
zweckmäßig, den Gehalt an einwertigen Kationen lieh, durch Erhitzen in Wasserstoff oder in einer
durch Ersatz durch Calcium- und/oder Mangan- anderen reduzierenden Atmosphäre vorgenommen
kationen zu verringern. Diese Maßnahme verringert werden.
Bei der Methode 2) wird der Zeolith zuerst aktiviert, um absorbiertes Wasser zu entfernen und dann mit
einer fließfähigen zersetzbaren Verbindung des Metalls zusammengebracht, wodurch die Verbindung
in ein Molekularsieb adsorbiert wird. Typische Verbindungen dieser Art sind die Metallcarbonyle, Metallalkyle,
die flüchtigen Metallhalogenide u. dgl. Die im Innern absorbierte Verbindung wird dann thermisch
oder chemisch zum elementaren Metall reduziert, so daß ein aktives Metall gleichmäßig innerhalb
des gesamten inneren Adsorptionsbereichs des Molekularsiebs dispergiert bleibt.
Bei der Ionenaustauschmethode 3) sind die Edelmetalle im kationischen Teil der Verbindung in Form
eines Koordinationskomplexes enthalten.
Der Ionenaustausch kann in üblicher Weise vorgenommen werden, d. h., die Metallverbindung wird
in überschüssigem Wasser in einer Menge gelöst, die so berechnet ist, daß die gewünschte Metallmenge
im Katalysatorprodukt erhalten wird. Diese Lösung wird dann vorzugsweise unter Rühren zum Zeolith
gegeben, und nach Ablauf genügender Zeit für den Ionenaustausch wird der ausgetauschte Zeolith durch
Filtration abgetrennt. Die Einführung der das aktive Metall enthaltenden Kationen in den Zeolith durch
Ionenaustausch ist im wesentlichen quantitativ, und die Vollständigkeit des Austauschprozesses kann
durch chemische Analysen auf das Metall in einer Flüssigkeitsprobe aus der Austauschlösung nachgewiesen
werden. Der filtrierte Zeolith kann dann in dem Umfange gewaschen werden, der notwendig ist,
um etwaige restliche Salze zu entfernen, worauf er unter Bildung eines granulierfähigen Pulvers getrocknet
wird. Die Zersetzung des das aktive Metall enthaltenden Kations erfolgt durch Erhitzen auf eine
Temperatur über 300, vorzugsweise über 4000C.
Es wird angenommen, daß die höhere katalytische Aktivität, die die durch Ionenaustausch in den kristallinen
Zeolith eingeführten Metalle im Gegensatz zu den durch Imprägnierung eingeführten Metallen aufweisen,
auf die bessere Dispergierung des Metalls im inneren Adsorptionsbereich des kristallinen Zeoliths
zurückzuführen ist, die durch die Ionenaustauschmethoden erreichbar ist.
Die Aktivierung der erfindungsgemäßen Molekularsiebe erfolgt durch Erhitzen an der Luft auf
Temperaturen im Bereich von 288 bis 677° C, vorzugsweise von 454 bis 593 0C, für eine Dauer von 2 bis
8 Stunden. Die Bereiche der Aktivierungsbedingungen sind jedoch nicht sehr eng. Die optimalen Werte
hinsichtlich Zeit und Temperatur hängen in gewissem Umfange von dem jeweils behandelten Molekularsieb
ab.
Eine der charakteristischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Molekularsiebe ist ihre einzigartige
Unempfindlichkeit gegenüber den gewöhnlichen Katalysatorgiften, die häufig in Einsatzmaterialien auf
Erdölbasis vorhanden sind. Die Unempfindlichkeit der Molekularsiebe gegenüber Vergiftung durch
Schwefel und Stickstoff wurde dadurch nachgewiesen, daß keine meßbare Wirkung festzustellen ist, wenn
Schwefel in Form von Thiophen und Stickstoff in Form von Chinolin unter Reformierbedingungen in
das Einsatzmaterial in Mengen bis zu je 200 Teilen pro Million eingeführt wurden. Die Verträglichkeit
mit Schwefel bei den meisten bekannten Katalysatoren liegt gewöhnlich in der Größenordnung von nur etwa
25 Teilen pro Million und bei Stickstoff gewöhnlich bei nur etwa 10 Teilen pro Million. Bei den erfindungsgemäßen
Molekularsieben ist daher eine Vorbehandlung des Einsatzmaterials zwecks Senkung des Schwefel-
und/oder Stickstoffgehalts häufig nicht erforderlieh. Bis zu 200 ppm Stickstoff können von den erfindungsgemäßen
Molekularsieben toleriert werden. Bei der Durchführung des Reformierungsverfahrens
unter Verwendung der neuen Molekularsiebe gemäß der Erfindung werden übliche Verfahrensbedingungen
angewendet. Das Gesamtkatalysatorprodukt kann als Festbett, als bewegtes Bett oder als
Wirbelschicht eingesetzt werden. Das Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Die hauptsächlichen Prozeßvariablen bei der katalytischen Reformierung im Festbett sind die Temperatur,
der Druck, die Raumströmungsgeschwindigkeit und das Wasserstoff/Kohlenwasserstoff-Verhältnis.
Eine Erhöhung der Temperatur ist überaus wirksam hinsichtlich der Erhöhung der Oktanzahl der Produkte,
und zwar durch Verstärkung sowohl der Aromatisierungs- als auch der Hydrokrackreaktion. Zu hohe
Temperaturen verursachen übermäßige Hydrokrakkung, was sich nachteilig auf die Ausbeute an Reformat
und auf die Lebensdauer des Katalysators auswirkt. Im allgemeinen liegen die Temperaturen in
technischen Reaktoren zwischen 454 und 523° C, und diese Werte eignen sich auch für die Zwecke der
Erfindung.
Die Raumströmungsgeschwindigkeit (bezogen auf das Gewicht) des Einsatzmaterials kann zur Einstellung
der Schärfe der Reformierung dienen. Niedrige Raumströmungsgeschwindigkeiten verstärken
die hydrierende Krackung, haben jedoch wenig Einfluß auf die Aromatisierung, da diese Reaktion unter
normalen Betriebsbedingungen sehr schnell verläuft. Geeignet sind Raumströmungsgeschwindigkeiten im
Bereich von 0,05 bis 10, vorzugsweise 1,0 bis 5.
Hoher Druck pflegt die Aromatisierung zu hemmen und die hydrierende Krackung zu begünstigen. Niedriger
Druck unterdrückt die hydrierende Krackung und steigert die Aromatenbildung wesentlich. Der
niedrigere Wasserstoffpartialdruck verursacht jedoch eine starke Koksbildung. Vorzugsweise wird bei 3,5
bis 70, insbesondere bei 14 bis 42 kg/cm2 bei einem Wasserstoff/Kohlenwasserstoff-Verhältnis zwischen 2
und 10, vorzugsweise zwischen 3 und 6, gearbeitet. Die Einsatzmaterialien des Reformierungsverfahrens
bestehen aus Gemischen von Kohlenwasserstoffen, z. B. Erdöldestillaten im Siedebereich von
etwa 38 bis 260°C, nämlich Schwerbenzinen, Leuchtpetroleum und Benzin. Die Benzinfraktion kann den
vollen Siedebereich des Benzins umfassen, ist jedoch vorzugsweise eine ausgewählte Fraktion, z. B. Schwerbenzin
mit einem Siedeanfang zwischen etwa 66 und 1210C und einem Siedeende zwischen etwa 177 und
2180C.
Herstellung des Molekularsiebes
Zeolith Y der molaren Zusammensetzung
0,92 Na2O : Al2O3: 3,4 SiO2: 6,8 H2O
wurde wie folgt hergestellt: Eine wäßrige Natriumaluminatlösung wurde durch Auflösen von 4,2 kg
Aluminiumtrihydrat in einer Natriumhydroxydlösung hergestellt, die durch Zusatz von 3,2 kg Wasser zu
11,8 kg 50%igeni wäßrigen NaOH hergestellt worden
war. Die Auflösung des Aluminiumtrihydrats wurde
209 583/302
durch Erhitzen des erhaltenen Gemisches auf etwa 950C erleichtert. Nach Auflösung des gesamten Aluminiumhydrats
wurden 35 kg Wasser zugesetzt, worauf die Temperatur der Lösung auf etwa 30° C gesenkt wurde. Diese Lösung wurde mit 45,8 kg einer
Natriumsilikatlösung, die 28,6 Gewichtsprozent SiO2, 8,9 Gewichtsprozent Na2O und 62,5 Gewichtsprozent
H2O enthielt, in einem Rührwerksbehälter gemischt. Das System wurde etwa 30 Minuten gerührt und dann
im Ruhezustand 6 Stunden bei etwa 3O0C der Alterung
überlassen. Die Kristallisation des als Produkt gebildeten Zeoliths Y wurde vorgenommen, indem
die Temperatur des Reaktionssystems 18 bis 20 Stunden auf etwa 100° C erhöht wurde. Die Kristalle von
Zeolith Y wurden von der Reaktionsmasse abfiltriert, mit Wasser gewaschen und mit Luft geblasen.
Ionenaustausch von Zeolith Y mit CaCl2 -
20
Zu 34,7 kg des gemäß Beispiel 1 hergestellten Zeoliths Y (20,4 kg Trockengewicht) wurden 132,51
destilliertes Wasser in einem emaillierten 190-1-Behälter gegeben. Zur erhaltenen Suspension wurden
30,6 kg Calciumchlorid in Flocken (78% CaCl2) gegeben. Das Gemisch wurde 30 Minuten auf etwa 9O0C
erhitzt. Das feste Reaktionsprodukt wurde filtriert und auf dem Filtersieb gelassen. Der Filterkuchen
wurde dann mit einer erhitzten Lösung (90° C) von 105,5 kg Calciumchlorid in Flocken in 105,5 kg destilliertes
Wasser gewaschen und abschließend etwa 2,75 Stunden mit 18001 heißem destilliertem Wasser
gewaschen. Das Produkt wurde an der Luft getrocknet. Die Analyse ergab die folgende Zusammensetzung
für das Produkt:
40
45
35
0,93 CaO: 0,07 Na2O: Al2O3: 3,4 SiO2: 7 H2O
Austausch von calciumausgetauschtem Zeolith Y
mit Kationen Seltener Erden
mit Kationen Seltener Erden
Gemäß Beispiel 2 hergestellter, calciumausgetauschter
Zeolith Y in einer Menge von 346 g (200 g auf wasserfreier Basis) wurde in 41 entsalztes Wasser
suspendiert. Zur Suspension wurde eine Lösung von 6,75 g LaCl3 · 7 H2O gegeben. Nach einer Rührdauer
von 4,5 Stunden wurde die Suspension filtriert und der als Produkt erhaltene, gegen Lanthan ausgetauschte
Zeolith Y durch Waschen vom Chloridion befreit und dann bei 125 0C getrocknet. Die Analyse
ergab, daß der Kationgehalt des Produkts 84,5 Äquivalentprozent Calcium, 7,1 Äquivalentprozent Natrium
und 4,2 Äquivalentprozent Lanthan betrug.
Beispiel 4
Einführung von Platin durch Ionenaustausch
Einführung von Platin durch Ionenaustausch
In ein 2-1-Becherglas wurden 75 g (wasserfreie
Basis) des gemäß Beispiel 3 hergestellten Produkts und 11 entsalztes Wasser gegeben. Die Suspension
55 wurde unter ständigem Rühren mit 150 ml entsalztem Wasser versetzt, das 0,677 g Platintetraaminchlorid
(Pt(NH3)4Cl2) in Lösung enthielt. Die Suspension
wurde eine weitere Stunde gerührt, filtriert, durch Waschen vom Cl~-Ion befreit und^bei .1250C getrocknet.
Das Pt(NH3)4++"'wurde durch den Aus-^
tausch quantitativ in. den Zeolith eingeführt. .;
Beisp'iel'S · .w.·
Um den Einfluß einer Änderung des SiO2/Al2O3-Verhältnisses
des Zeoliths gemäß der Erfindung zu veranschaulichen, wurde eine Reihe von Calciumausgetauschten
Proben von Zeolith Y mit unterschiedlichem Verhältnis von SiO2/Al2O3 in einem Reformierungskatalysator
verwendet und ein typisches Schwerbenzin eingesetzt, das einen Aromatengehalt von 11,5 Volumprozent, einen Siedebereich von 46
bis 210°C und eine Research-Oktanzahl ohne Blei von 49,7 hatte. Die Ergebnisse sind nachstehend in
der Tabelle genannt.
Ca++-Austausch, %
SiO2/Al2O3
Gewichtsprozent Pt auf
Zeolith
Zeolith
R aumströmungsgeschwindigkeit (auf Gewicht
bezogen)
bezogen)
Druck, kg/cm2
Temperatur, 0C
Laufzeit, Stunden .......
Flüssigprodukt, Volumprozent
API-Gravity*)
FIA-Analyse (Volumprozent)**)
Aromaten
Olefine
Paraffine
Volumprozent Aromaten,
bezogen auf Volumen
des Einsatzes
bezogen auf Volumen
des Einsatzes
Zeolith CaY I CaY | CaY | CaY
74,0 3,1
0,5
2,0 31,5 484
27,0
27,0
79,0 60,7
31,2
0,4
68,4
24,6
93,7 3,3
0,5
2,0 31,5 483 26,0
71,3 63,8
31,8
0,8
67,4
22,7
82,3 3,8
0,5
2,0 31,5 465 31,0
85,3 62,9
25,0 0,5
74,5
21,3
86,0 4,9
31,5 482 28,0
45,0 68,1
29,2
70,2
13,1
*) API-Gravity = (API = American Petroleum Institute)
Dies ist eine Angabe über den Gehalt der Erdölkohlenwasserstoffraktion an aromatischen
Kohlenwasserstoffen. Sie ergibt sich aus dem spezifischen Gewicht der Erdölkohlenwasserstofffraktion
bei 15,5°C nach folgender Formel:
141 5
API-Gravity = =^£—- - 131,5 . ■■'■
spez. Gew.
**) FIA-Analyse= (FIA = Fluorescent Indicator Adsorption). Mit dieser Prüfmethode wird der relative
Gehalt einer entbutanisierten Erdölkohlenwasserstofffraktion, die unter 315,5° C destilliert,
an gesättigten, aromatischen und nichtaromatischen Olefinen ermittelt. Dabei werden der Probe fluoreszierende Farbstoffe
zugesetzt und anschließend chromatographisch analysiert.
Claims (1)
1 2
lungskatalysatoren, die in sehr großem Umfange
Patentanspruch: technisch eingesetzt werden, Aluminiumoxyd und/oder
Siliciumdioxyd in irgendeiner Form, jedoch hat sich
Kristallines zeolithisches Molekularsieb vom gezeigt, daß die Wirksamkeit von komplexen Wechsel-Typ
Zeolith X oder Y und der in Mol der Oxyde 5 beziehungen der verschiedensten veränderlichen Fakausgedrückten
Zusammensetzung toren abhängt, z. B. von dem Vorhandensein oder
^^i un ι ,,·ηι Ain uc-r\ un Fehlen von Kristallinität, der Porengrößenverteilung
xQ2O + yMO + -'M1O : Al2O3 : b SiO2 : ρ H2O des KatalysatorS) dem jeweiligen Typ und dem Men-
" ' genanteil von Metallkationen und der Form, in der
in der Q ein Alkalimetall, M Calcium und/oder io diese Kationen in den Katalysatorkomplex eingebaut
Mangan, M' Thorium und/oder ein Metall der sind.
Seltenen Erden mit einer Ordnungszahl von 57 In letzter Zeit ist die eventuelle Verwendung der
bis 71 und η die Wertigkeit des Kations M' be- natürlichen und synthetischen zeolithischen kristallinen
deutet, b einen Wert von 2,3 bis 4, ρ einen Wert Aluminosilikate, die gewöhnlich als zeolithisch
von O bis etwa 9, (x + y + z) einen Wert von 15 Molekularsiebe bezeichnet werden, in einem Ref ormie-
etwa 0,92 bis etwa 1, y einen Wert von wenigstens rungskatalysator Gegenstand intensiver Untersuchun-
0,7 und ζ einen Wert von O bis 0,2 hat, wenn b gen. Wie allgemein bekannt ist, bestehen zeolithische
größer als 3 ist, und 0,04 bis 0,2 beträgt, wenn b Molekularsiebe grundsätzlich aus einem dreidimensio-
nicht größer als 3 ist, enthaltend wenigstens ein nalen Netzwerk von SiO4- und A104-tetraedern, die
Edelmetall der VIII. Gruppe des Periodischen 20 über Sauerstoffatome vernetzt sind, und deren Elektro-
Systems in seinem inneren Adsorptionsbereich. valenz durch die Anwesenheit von Kationen abgesättigt
ist, die in den meisten Fällen gegen andere Kationen ohne Zerstörung des Kristallgitters ausge-
tauscht werden können. Darüber hinaus sind die
25 Molekularsiebe dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem aktivierten Zustand Hohlräume enthalten, die
Die Erfindung betrifft neue kristalline zeolithische durch Poren von praktisch gleichmäßigen Abmessun-Molekularsiebe
vom Typ X oder Y, die bei Verwen- gen für einen bestimmten Zeolithtyp miteinander verdung
in Reformierungskatalysatoren die Fähigkeit bunden sind. Diese Eigenschaften sind sämtlich potenhaben,
alle wesentlichen Kohlenwasserstoffreformie- 30 tiell vorteilhaft in Reformierungskatalysatoren, jedoch
rungsreaktionen selektiv zu katalysieren. hat sich gezeigt, daß einige durch nicht zeolithische
Die Reformierung von Erdölkohlenwasserstoff- Komponenten gesteigert und andere abgeschwächt
fraktionen, z. B. von Schwerbenzinen, ist ein allgemein werden müssen, um das gewünschte Kohlenwasserbekanntes
Verfahren, das seit einiger Zeit in der ge- Stoffprodukt zu erhalten. Beispielsweise haben Molesamten Erdölindustrie angewendet wird. Dieses Ver- 35 kularsiebe gleichzeitig Eigenschaften, die bei Verwenfahren
hat im allgemeinen den Zweck, Kohlenwasser- dung in Krackkatalysatoren diese äußerst wirksam
stoffe mit verhältnismäßig niedriger Oktanzahl in machen. Dies ist eine Aktivität, die bei einem Reformie-Kohlenwasserstoffe
mit höherer Oktanzahl umzu- rungsverfahren sorgfältig kontrolliert werden muß.
wandeln. Die zu reformierenden Fraktionen bestehen Die Erfindung ist demgemäß auf ein neues kristalhauptsächlich
aus Normalparaffinen, Paraffinen mit 40 lines zeolithisches Molekularsieb vom Typ X oder Y
nur mäßiger Verzweigung und naphthenischen Koh- gerichtet, das bei Verwendung in Reformierungslenwasserstoffen
mit geringen Anteilen aromatischer katalysatoren die Fähigkeit hat, alle wesentlichen
■ Verbindungen. Da stark verzweigte Kohlenwasser- Kohlenwasserstoffreformierungsreaktionen, nämlich
stoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe viel höhere Isomerisierung, Aromatisierung, Hydrierung-Dehy-Oktanzahlen haben als die entsprechenden Normal- 45 drierung, Cyclisierung und selektive Krackung, selekkohlenwasserstoffe und naphthenischen Kohlenwasser- tiv zu katalysieren und diese Funktionen über lange stoffe, hat die Reformierung den Hauptzweck, die Zeiträume ohne wesentliche Abnahme der Aktivität naphthenischen Kohlenwasserstoffe unter Bildung von auszuüben.
stoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe viel höhere Isomerisierung, Aromatisierung, Hydrierung-Dehy-Oktanzahlen haben als die entsprechenden Normal- 45 drierung, Cyclisierung und selektive Krackung, selekkohlenwasserstoffe und naphthenischen Kohlenwasser- tiv zu katalysieren und diese Funktionen über lange stoffe, hat die Reformierung den Hauptzweck, die Zeiträume ohne wesentliche Abnahme der Aktivität naphthenischen Kohlenwasserstoffe unter Bildung von auszuüben.
Aromaten zu isomerisieren und zu dehydrieren, die Die erfindungsgemäßen kristallinen zeolithischen
geradkettigen paraffinischen Kohlenwasserstoffe unter 50 Molekularsiebe besitzen Poren, die groß genug sind,
Bildung von Aromaten zu cyclisieren und zu dehydrie- um Benzol aufzunehmen, und eine in Mol der Oxyde
ren, die Normalparaffine und leicht verzweigten ausgedrückte Zusammensetzung
Paraffine zu stärker verzweigten Paraffinen zu iso- . , , c. ^
merisieren und innerhalb gewisser Grenzen unter *Q*° + jMO + 2M2O : Al2O3 : * SiO2 : ρ H2O
Berücksichtigung von Qualität und Quantität eine 55
Krackung zu bewirken. in der Q ein Alkalimetall, M Calcium und/oder Man-
Bis zu einem gewissen Grade können zwar die gan, M' Thorium und/oder ein Metall der Seltenen
wesentlichen Reformierungsreaktionen durch eine Erden mit einer Ordnungszahl von 57 bis 71 und η
rein thermische Behandlung durchgeführt werden, die Wertigkeit des Kations M' bedeutet, b einen Wert
jedoch sind die unter Verwendung von Katalysatoren 60 von 2,3 bis 4, ρ einen Wert von O bis etwa 9, (x + y + z)
erzielten Ergebnisse so überaus überlegen, daß die einen Wert von etwa 0,92 bis etwa 1, y einen Wert
katalytische Reformierung heute fast ausschließlich von wenigstens 0,7 und ζ einen Wert von 0 bis 0,2
angewendet wird. hat, wenn b größer als 3 ist, und 0,04 bis 0,2 beträgt,
Ebenso wie bei der Katalyse im allgemeinen ist die wenn b nicht größer als 3 ist, enthaltend wenigstens
katalytische Reformierung von Kohlenwasserstoff- 65 ein Edelmetall der VIII. Gruppe des Periodischen
gemischen noch von verhältnismäßig empirischer Systems in seinem inneren Adsorptionsbereich.
Natur, was die Zusammensetzung des Katalysators Die Herstellung dieser kristallinen zeolithischen
anbelangt. Zwar enthalten Kohlenwasserstoffumwand- Molekularsiebe ist mit Hilfe der nachstehend ausführ-
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US47265365A | 1965-07-16 | 1965-07-16 | |
US47265365 | 1965-07-16 | ||
DEU0012896 | 1966-07-14 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1542533A1 DE1542533A1 (de) | 1970-04-16 |
DE1542533B2 true DE1542533B2 (de) | 1973-01-18 |
DE1542533C DE1542533C (de) | 1973-08-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3631950A1 (de) * | 1986-09-19 | 1988-03-31 | Siemens Ag | Katalysator zur verminderung von stickoxiden in rauchgasen |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3631950A1 (de) * | 1986-09-19 | 1988-03-31 | Siemens Ag | Katalysator zur verminderung von stickoxiden in rauchgasen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6610025A (de) | 1967-01-17 |
GB1161071A (en) | 1969-08-13 |
DE1542533A1 (de) | 1970-04-16 |
SE344207B (de) | 1972-04-04 |
SE329998B (de) | 1970-11-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |