DE1645787A1 - Verfahren zur hydrierenden Spaltung von Kohlenwasserstoffoelen - Google Patents
Verfahren zur hydrierenden Spaltung von KohlenwasserstoffoelenInfo
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Description
1βΑζ787
MTtNTANWXLTI
• HONCHtNU . ·ΙΕΟΙ··ΤΝΑ··ΙΙ· · TELIFON MWM · TtLiOB ΑΜΜ-Α0Μ··Ει INVf NT/MONCHIN
u.Z.i P 7605/D II 24. Hal 1967
Btt/Vo/hh
"Verfahren gur hydrierenden Spaltung von Kohlenwaaier-
8toffölen"
(Zusatz asu Patent
Priorität: 27. Mai 1966, V.St.A.
Anmelde-Nr. 553 314
Die Erfindung betrifft ein Verfahren aur hydrierenden
Spaltung von Kohlenwasserstoffölen.
Die hydrierende katalytisch^ Spaltung ron Kohlanwaeeer-
«toffölen, z.B. von Xohlenteeren oder hocheiedenden Erdölfraktionen, wie G-aeölen oder Toprückatänden von Rohöl,
wird im allgemeinen bei siemlich hohen Temperaturen ia
Bereieh yon 450° G und siemlich hohen Brüoken von 105 ate
und darüber durchgefiOixt, Katalysatoren» die sich für die
hydrierende Spaltung von Ölen eignen, sinä im allgemeinen
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aue tlner hydrierenden und einer spaltenden Konpanente
zusammengesetzt.
Die spaltende Komponente ist im allgemeinen ein sauer wirkendes, feuerfestes Oxyd. 3ο besteht beispielsweise ein
siliciumhaltiger Spaltkatalysator aue einer Kombination
▼on Silioiumdioxyd mit Aluminiuraoxyd, Magnesiumoxyd, Titandioxyd und/oder Zlrkonoxyd. Der· Siliciumdioxydgehalt beträgt im allgemeinen etwa 60 bis 90 Gew.-^. Besonders
wirksame Spaltkatalysatoren bestehen aus einem Silicium-» dioxyd-Aluminiumoxyd-Gemiech mit 60 bis 90 Gew.-^ Silicumdioxyd und 40 bis 10 Gew.-^ Aluminiumoxyd.
Die hydrierende Komponente besteht im allgemeinen aue einem
oder mehreren Übergangsmetallen, deren Oxyden oder Sulfiden.
Solche Metalle sind beispielsweise die Ubergangsmetalle der I., VI. oder VIII. Gruppe dee Periodensyeteas der Eleocrate
(Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der anorganisohen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 1951). Wolfram ist ein
besonders bevorzugtes übergangsmetall der VI. Gruppe und
wird oft in Kombination mit einem Metall der Eisengruppe ▼erwendet.
Der Katalysator kann in der Weise hergestellt werden, daß die spaltende Komponente mit der aus einem oder mehreren
ssersetzlichen Metallealzen bestehenden, hydrierenden Komponente imprägniert wird.
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Derartige Katalysatoren sind aber gegenüber Giften, wie Stickstoffverbindungen, «iemlich empfindlich· Die als
Ausgangsmaterial eingesetzten Kohlenwasserstofföle müssen daher vorher einer echarfen Behandlung unterworfen werden,
z.B. mit Säuren dew. mit sauren ionenaustauschenden Harzen,
oder sie müssen unter sehr scharfen Bedingungen katalytisch
vorhydriert werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die hydrierende Spaltung von Kohlenwasserstoffölen in Gegenwart eines Katalysators
auf Basis eines sauer wirkenden Trägers durchzuführen, der durch Behandeln eines in Hydrogelform vorliegenden Trägers nlt
einer Lösung einer Eisen-, Nickel- und/oder Kobalt-Verbindung
und einer Lösung einer Chrom-, Molybdän- und/oder Wolfram-Verbindung und Calcinieren des so behandelten Hydrogele,
dem vor der Calcinierun& Fluor einverleibt wurde, hergestellt wird.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren eur hydrierenden
Spaltung von ,Kohlenwasserstoffölen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart eines Katalysators auf
Basis eines sauer wirkenden Trägers, der durch Behandeln eines in Hydrogelform vorliegenden Trägers mit einer Lösung
' einer Eisen« und Wolframverbindung, Calcinieren des so behandelten Hydrogels, dem vor der Calcinierung Fluor einverleibt wurde, hergestellt worden ist, gem3S Patent «...
(Patentanmeldung S 99 133 IVd/23b), welches dadurch gekenn-
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zeichnet ist, daß die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysat>rs
durchgeführt wird, der durch Behandeln des in Hydrogelform vorliegenden Irägere mit einer wässrigen Lösung der Wolframverbindung
in Gegenwart Von Eisen(II)ionen und Calcinieren dee so behandelten Hydrogele, dem vor der Calcitiierung Fluor
einverleibt wurde, hergestellt worden ist,
überraschenderweise wurde gefunden, daß sich die obenerwähnt3
Vorbehandlung erübrigt bzw, unter sehr viel*milderen Be-P
dingungen durchgeführt werden kann, wenn man die hydrierende Spaltung unter erfindungsgemäSer Verwendung des beschriebenen
Katalysators durchführt.
Vorzugsweise enthält der Katalysatorträger 40 - 90 Gew. SiO2 und 60 - 10 Gew.-^ Al2O5. Der fertige Katalysator enthält
zweckmäßig jeweils 0,1 bis 20 Gew.-^ Eisen und Wolfram.
Eb ist für die Erzielung der erfindungsgeraä3on Vorteile
wesentlich, daß ein Katalysator verwendet wird, dem die betreffenden Metalle und auch das Fluor noch im Hydrogelzustand
einverleibt wurden, da durch Imprägnieren der bereits calcinlerten Trägerraasse erhaltend Katalysatoren nicht die
.gewünschte lange Lebensdauer bei hoher Spaltaktivifit aufweisen..
Das Kohlenwasserstofföl, das der hydrierenden Spaltung unterworfen wird, ist zweckmäßigerweiee ein Destillat, das vorzugsweise
oberhalb des Siedebereiches von Benzin und insbe-
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sondere im Bereich von etwa 232 - 510° O siedet.
Sie meisten hochsiedenden Gasöle und Zyklusöle» die zur
Umwandlung durch hydrierende Spaltung zur Verfügung stehen, haben einen hohen Gehalt an Schwefel- und StickstoffVerbindungen·
Beispielsweise enthält ein typisches katalytisch gespaltenes Gasöl, das im Bereich von 260 - 427° 0 siedet,
grö3enordnungsmäßig 1-2 Gew,-# Schwefel und Stickstoff.
Die übliche Behandlungsweise besteht darin, diese Gasöle und Zyklußöle mit Wasserstoff vorzubehandeln» wobei die
üblichen Katalysatoren verwendet v/erden, um den Schwefel-
und Stickstoffgehalt des Öls zu vermindern. Bei einem gegebenen Katalysator hängt jedoch die Verminderung der Schärfe
der Arbeitsbedingungen ab. Beispielsweise zeigte sich bei Hydrierungsversuchen in einer Versuchsanlage bei 371° 0,
105 ata und 20 Molen Wasserstoff je Hol Öl mit einem Nickel-Molybdän-Katalysator,
der auf Aluminiumoxyd niedergeschlagen 1st, eine gute Wirkung bezüglich der Stickstoffentfernung,
wobei eine Flüsslgkeitsraumgeschwindigkeit von nur 0,4
erforderlich war, um den Gesamtstickstoffgehalt des katalytisch gespaltenen Öls auf etwa 25 Gew.-Teile pro Million zu
verringern, wohingegen eine Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von etwa 0,1 erforderlich war, um den Stickstoffgehalt auf
so niedrige Werte wie 2 Gew.-Teile pro Million zu senken. Sie schärferen Bedingungen, die erforderlich sind, um den
niedrigen Stickstoffgehalt zu erzielen, bestimmen die GröQe
und die Betriebskosten der Hydrierungsanlage· Außerdem beträgt der Waeeerstoffverbrauch bei einer Verringerung des
Gesamteticketoffgehaltee auf etwa 25 Gew.-Teil» pro Million
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nur etwa 16O- Normal~nr Stickstoff je or öl, verglichen mit
etwa 230 Normal-nr Stickstoff je nr Öl bei einer Verringerung
des Gesaratstickstoffgehaltes auf 2 Gew.-Teile pro Killion.
Der erhöhte Wasserstoffverbrauch iet in erster Linie auf die Hydrierung von Aromaten bei den schärferen Bedingungen
zurückzuführen. Bei dem nachfolgenden Verfahren der hydriererden Spaltung ist zwar der Wasserstoffverbrauch bei einem
weniger hydrierten Gasöl-Ausgangsmaterial höher als bei
stark hydriertem Gasöl. Trotzden ist der Gesamtwasserstoffverbrauch
bei der Kombination von Vorhydrierung und hydrierer der Spaltung im allgemeinen bei einer milden Waöserstoffbehandlung
niedriger als bei einer scharfen Wasserstoffbehandlung.
Dies stellt einen wichtigen Paktor bei der praktischen Anwendung dar, insbesondere wenn die Wasnerstöffversorgung
knapp bemessen und eine Entlastung bei der Wasserst off erzeugung notwendig ist. Die Wirkung von Stickstoffverbindungen
auf die Leistung des Katalysators f!ir die hydriererde
Spaltung hängt im gewissem Maße von der Art der Stickstoffverbindung
und damit praktisch von der Art des Ausgangsmaterials ab* Beispielsweise steht in einer homologen Reihe»
wie Pyridin, Chinolin und Acridin, die Geschwindigkeit der Aktivit:itsabnahme im Verhältnis zur Basizität und zum Dampfdruck
der Verbindung. Andererseits sind gewisse, nichtbasische Verbindungen, wie Benaonitril, starke Gifte. Ammoniefc
scheint eher eine die Spaltung hemmende Verbindung als ein Gift zu sein, da die Katalysatoraktivit't in Gegenwart von
Ammoniak zunimmt, anstatt kontinuierlich abzunehmen« Im allgemeinen kann daher der Stickstoffgehalt eines leichten Aus-
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gangsmaterials, wie leichtes Gasöl, höher sein als jener
eines schweren Ausgangsmaterials, wie schweres Gasöl. Der · Stickstoffgehalt eines Gasöls kann jedoch etwas höher sein
als jener eines ähnlich siedenden, ke.talytisch gespaltenen,
direkt destillierten (straight run) Gasöls, da ein Teil der Stickstoffverbindungen in dem Gasöl leicht in eine
weniger störende Form umgewandelt werden kann. Während somit gewisse Ausgangsmaterialien mit sehr hohem Stickstoffgehalt
hydrierend gespalten werden können, werden bessere Ergebnisse erzielt» wenn der Ge samtst iciest off gehalt auf Werte
unter etwa 75 Gew,-Teile pro Million und vorzugsweise unter 50 Gew.-Teile pro ?4illlon gesenkt werden kann« Aus diesen
Gründen ist es oft wünschenswert, daß das der hydrierenden Spaltung zu unterwerfende Kohlenwasserstofföl einer geeigneten
Vorbehandlung unterzogen wirr1- vorzugsweise einer relativ
milden Hydrierungsbehandlung, z.B. einer katalytische Hydrierungsbehandlung
mit einem Hydrierungskatalysator. Durch eine solche Vorbehandlung werden kohlenstoffbildende-Bestandteile,
die eine Tendenz zur Ablagerung auf dem Katalysator zeigen, aus dem Ol entfernt und der Gehalt der Verunreinigungen,
wie Schwefel- und Stickstoffverbindungen, die die Spaltung hemmen und/oder Ablagerungen auf dem Katalysator bewirken,
vermindert«
Durch die Vorbehandlung wird der Sohwefelgehalt des Kohlen«
wasserstoffÖles vorzugsweise auf etwa 0,1 Gew.-^ oder weniger
vermindert, insbesondere auf 0,05 Gew»-^. oder weniger, und
der Reststickstoffgehalt vorzugsweise auf weniger als etwa
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75 Gew.-Teile pro Million und ganz besonders bevorzugt auf
weniger als 50 Gew.-Teile pro Million,
Die hydrierende Spaltung wird gemäß der Erfindung vorzugsweise
bei einer Temperatur im Bereich von stwa 260 "biß etwa
454° G, einem Wasserstoffpartialdruck von etwa 52„5 - 210 ata
einer stündlichen Flüssigkeiteraumgesehwindigkeit von etwa
0,2 bis etwa 10, vorzugsweise 0,5 - 5, Liter Öl pro Stunde
und pro Liter Katalysator und einem Wasserstoff-zu-öl-Molverhältnis
von etwa 5 bis 50 durchgeführt.
Unter normalen Bedingungen liegt der Gesamtdruck, der beim
hydrierenden Spaltprozeß angewendet wird, vorzugsweise im Bereich von etwa 70 - 210 ata· Bei einem gegebenen Wasserst
offpartialdruck in der Reaktionszone ist der Gesamtdruck
von solchen Faktoren, wie Reinheit des Wasserstoffgases,
Vasserstoff-zu-öl-Verhältnis und dergl. abhängig. Zu niedrige
Wasserstoffpartialdrucke führen dazu, daß die Lebensdauer
des Katalysators abnimmt, wohingegen zu hohe Partialdrucke
zur Sättigung von Aromaten führen, was einen übermäßigen
ViaBserstoffverbrauch und ein Absinken der Oktanzahl der Benzinprodukte
zur Folge hat«
Beim Verfahren der hydrierenden Spaltung wird das Ausgangs-·
material in die Reaktionszone in Abhängigkeit von der Temperatur»
dem Druck und der Menge des Wasserstoffes, der mit dem Auegangsmaterial vermischt wird, sowie dem Siedeberelch des verwendeten
Ausgangsmaterial «ils Flüssigkeit, Dampf oder als
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21IuSsigkelt-Dampf-Miscliphase zugeführt. Das Kohlenwasserstoff-Äusgangsmaterial,
das sowohl frisches als auch zurückgeführten Ausgangsmaterial enthalten kann, wird in die Reaktionszone ml·;
einem großen Überschuß von Wasserstoff eirigeführt, da der
hydrierende Spaltungsprozeß von einem ziemlich hohen Verbrauch
an Wasserstoff begleitet ist, der üblicherweise in der Größen-Ordnung
von 89 bis 356 Hormal-nr Wasserstoff je nr des gesamten
umgesetzten Ausgangsmaterials liegt. Überschüssiger Wasserstoff wird im allgemeinen wenigstens teilweise aus dem aus
der Reaktions»one abgezogenen Material rückgewonnen und dem
Reaktor gemeinsam mit zusätzlichem frischem Viasserstoff zugeführt.
Die Anwendung von reinem Wasserstoff ist nicht erforderlich,
da ein beliebiges geeignetes, Wasserstoff enthaltendes
Gas, das Überwiegend Wasserstoff enthält, verwendet werden kann· Besonders geeignet ist ein wasserstoffreiches Gas, das .
etwa 70 - 90 '/> Wasserstoff enthält, das aus einem katalytisch! η
Reformierungsproze'J erhalten wird.
Zur Herstellung eines Siliciumdloxyd-Aluminiurnoxyd-Hydrogels
werden 376 g Natriumsilikat mit einem niliciumdioxyd-^Gehalt
von etwa 27 Gew.-^ mit H400 ml destilliertem Wasser verdünnt.
Der Natriumsllicatlösung wird 3 molare Schwefelsäure zugesetzi,
bie der pH-Wert auf 9 herabgesetzt ist. Das sich bildende Gel
laut man 10 Minuten altern. Dann wird weitere Schwefelsäure
zugegeben« bis der pll-Wert auf β herabgesetzt ist. Nach weiteien
10 Minuten wird ein Liter einer 209 g Al2(SO^), - 18 HgO enthal+enden
Lösung dem Slllplumdioxyd unter schnellem Rühren euge-
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geben» Dann wird so viel Ammoniumhydroxyd zugesetzt, daß der
pH-Wert auf 5 steigt, wobei dae Aluminiuraoxyd ausfällt. Daß erhaltene
Siliciumdioxyd-Aluminiuinoxyd-Hydrogel wird filtriert
und zur. Entfernung der Natriuraionen mit auf pH 3 mit Schwefelsäure
angesäuertem Wasser gewaschen. Um die Sulfationen zu entfernen, wird die Aufschlämmung des Hydrogels mit einer
Ammoniumhydroxydlösung auf pH 7 eingestellt und filtriert. Das
gewasohene Hydrogöl wird 2 Stunden mit 2 Litern einer 30 g PeSCλ
• (NH4)2S04 ' 6 H2O, 10 g NH4F und 10 g (HH4)2^4°15 ' 8 S2 0
enthaltenden Lösung aufgeschlämmt. Das Hydrogel wird dann
filtriert, zur Entfernung der nicht umgesetzten Salze mit destilliertem Wasser gewaschen, getrocknet und bei 550° C
oalciniert. Der fertige Katalysator enthält 2,9 Gew.-^ Eisen,
annähernd 2,5 Gew.-& Fluor und 4,1 Gew.-$ Wolfram, was einer
Wolframauf nähme aus der Lösung von 80 Gew. -Jt entspricht.
Der auf diese Weise hergestellte Katalysator wird zur hydrierenier
Spaltung eines hochsiedenden, katalytisch gespaltenen Öle
Verwendet, das einer Wasserstoffbehandlung unterworfen worden
war und 0,0003 Gew.-$ Stickstoff enthält. Dieses Öl wird
I05 ata, einem Molverhältnis von Wasserstoff-zu-öl von 15 J
und einer FlUsBigkeitsraumgesohwindlgkeit von 0,67 1 Öl pro Stunde und pro Liter Katalysator hydrierend gespalten· Die
Temperatur wird so geregelt, daß bei einem ümsate von 67
die Bildung von Produkten mit einem Siedepunkt unter 216° C
aufrechterhalten v/ird. Nach etwa 600 Betriebs stunden erfordert
dieser Wolfram-Eisen-Katalysator eine Temperatur von nur 320°
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Claims (2)
1. Verfahren zur hydrierenden Spaltung von Kohlenwasserstoffölen
bei erhöhter Temperatur und erhöhten Druck in Gegenwart eines Katalysators auf Basis eines sauer wirkenden
Trlcers, der durch Behandeln eines in Hydrogelform vorliegencen
Trügers mit einer Lösung einer Einen- und Wolframverbindung,
Calcinieren des so behandelten Hydrogels, dem vor der CaI-cinierung
Fluor einverleibt wurde, hergestellt worden ist,
gemäß Patent (Patentanmeldung S 99 138 IVd/23b),
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird, der durch Behandeln des in
Hydrogelform vorliegenden Trägers mit einer Wässrigen Lösung der Wolframverbindung in Gegenwart von Eisen(II)ionen und
Calcinieren des so behandelten Hydrogele, dem vor der CaI-cinierung
Fluor einverleibt wurde, hergestellt worden ist.
2. Verfahren zur hydrierenden Spaltung von Kohlenwasserstoffölen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die hydrierende
Spaltung bei 260 - 454° C, einem Wasserstoffpartia! druck
von 52,5 - 210 ata, einer Flüssigkeitsraumgeschwlndlgkelt
von 0,2 - 10 1 Öl pro Stunde und pro Liter Katalysator
und einem Wasserstoff-zu-öl-Molverh'iltnie von 5-60 durchgeführt
wird.
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