DE2000491A1 - Verfahren zur katalytischen Umlagerung von Alkylaromaten - Google Patents
Verfahren zur katalytischen Umlagerung von AlkylaromatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die katalytische Umlagerung von
Alkylaromaten über Zeolithkatalysatoren.
Ea ist bekannt, daß verschiedene Umlagerungen von Alkylaromaten, insbesondere die Disproportionierung (z.B. die
Umwandlung von Toluol in Benzol und Xylole), ,jedoch auch die Isomerisierung (z.B. die Veränderung der Anteile von
Xjlolisomeren in einem Gemisch) und die Umalkylierung
(z.B. die Wechselwirkung von Xylolen und Toluol unter Bildung von Trimethylbenzolen und Benzol), möglich sind und durch
saure Katalysatoren katalysiert werden.
Ee wurde nun gefunden, daß die Anwesenheit von nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen in einem alkylaromatischen Einsatzmaterial einen starken Einfluß auf die Aktivität von Zeolithkatalysatoren hat. Alkylaromaten werden
im großtechnischen Maßstab durch Abtrennung aus Kohlenwasser st off gemischen erhalten, insbesondere durch Lösungsmittelextraktion von katalytisehen Reformaten und ron
Bensinen aus der Wasserdampfkrackanlage, die zur Umwandlung von Olefinen in Paraffine hydriert worden sind.
109101/2201
Bei solchen großtechnischen Trennungen treten geringe Menpen nicht-aromatischer Kohlenwasserstoffe im alkylaromatischen
Teil auf, Jedoch wurde gefunden, daß der Anteil diener Kichtaromaten möglichst klein gehalten werden
S FO Ute.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die katalytische
Umlaremng von Alkylaroraaten nach einem Verfahren, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein alkylaromatisehes
Ausgangsmaterial, das weniger ale 0,5 Gew.-% nicht-aromatische
Kohlenwasserstoffe enthält, bei erhöhter Temperatur uni erhöhten Druck in Gegenwart von Wasserstoff mit einem
Katalysator zusammenführt, der einen Zeolith mit Alkalimetallkationenmangel
und Poren von wenigstens 6 % und als Hydrierkomponente ein Metall der Gruppen TB, VA, VIA,
11I VIIA und VIII des Periodischen Systems nach Mendele.iew
enthält.
Der Gehalt an nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffen im Ausganpsmaterial liegt vorzugsweise unter 0,1 Gew.-#.
Die nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffe, die normalerweife in großtechnischen alkylaromatischen Ausgangemeterialien
vorliegen, sind Paraffine und Naphthene, jedoch können auch Olefine vorhanden sein. Es hat rieh gezeigt,
da!? Paraffine schädlicher Find als Naphthene, da Paraffine den Katalysator permanent deaktivieren. Naphthene ver-
2·=· rindern-, wenn nie vorhanden sind, die Aktivität des Katalysators,
jedoch wird die Aktivität des Katalysator? wenigstens teilweise wieder hergestellt, wenn die Naphthene
entfernt werden. Der Gehalt an Nichtkohlenwasserstoff
komponenten, z.B. Schwefelverbindungen, liegt vor-
30 zugsweise ebenfalls unter 0,1 Gew.-9S.
Die Einsätzmaterialien mit dem oben genannten niedrigen
Gehalt an nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffen können
in beliebiger bekannter Weise hergestellt werden. Wie bereits erwähnt, ist das gebräuchlichste Verfahren zur Her-5
stellung von Alkylaromaten von hoher Reinheit die Extrak-
109809/2206
8AD OBSQiNAL
tion der Alkyl aromaten aup Kohlenwasserstoffgemischen, die
sie enthalten, unter Verwendung eines selektiven Lömingsmittels
für die Aromaten. Verschiedene großtechnische Lösungsmittelextraktionsverfahren
sind verfügbar. Die gebräuchlichsten Lösungsmittel sind Alkylenglykol, Sulfolane,
N-Alkylpyrrolidone und Furfurol. Jer Ausdruck
"Lösungsmittelextraktion" umfallt die extraktive Destillation.
Es ist ferner bekannt, daß die Arbeitsbedingungen für diese Verfahren, z.B. die Temperatur, der Temperaturgradient
in der Extraktionskolonne und das Lösungsmittel/ Kohlenwasserstoff-Verhältnis, verändert werden können,
um die Ausbeute und die Reinheit der gebildeten Aromaten
zu regeln. Beispielsweise wurden Proben aus einem großtechnischen
Lö mne\smittelextraktionsverf ahren analysiert.
Hierbei wurde gefunden, daß pie eine Reinheit von mehr
als 99,95 Gew.-"o haben, so daß es in der Praxis kein Problem
ist, die oben genannten Werte zu erreichen. Als weitere Verfahren, nach denen die erforderlichen Ausgangsmaterialien
hergestellt werden können und die gep;ebenen-
2Π falls in Kombination mit der L'\sungs:r,-i ttelextraktion angewendet
v/erden können, korrnen die V-stillation und die
Extraktion mit Mole ^j larsieb°n in Frane.
Bevorzurt werden Ausgangsma^eri alien, die Cr7-C^ ^-AlkylaromBten,
insbesondere C-,-Gr-Alkylnromaten, vorzugsweise
Toluol enthalten. Alkylderivate von Naphthalin "lit 1 bis
5 C-Atomen in den Alkylseit°nketten >önnen .-'edoch ebenfalls
behandelt ''/erden. Als iiinsatzrr^erialien kommen einzelne
Aj Vyipγογτ.-ί 1Pn oder Römische von Alkylaromaten in
Frage.
7IU Die bevnrzup-te neektion ist di" Disproportionierung. L»8
die Disproportionierung, die Umalkylierung und die Isomerisierung sämtlich als "C8rboniumionen"-Reak+;ionen freiten,
kann in ,iedern gegebenen System mehr als eine he^'tion
stattfinden. Die weiten Bereiche der Bedingungen und die bevorzugten Bedinmangen, die zur Disproportionierung füh-
109809/2206 §aD ORIGINAL
ren, sind nachstehend in Tabelle I genannt.
Allgemeiner Disproportio-
Bereich nierung
Einsatzmaterial Toluol
Temperatur, 0G 300-525 350-500
Druck, atü 0-105 10,5- 70
Raums t rö mung s ge s c hwind i gke i t,
V/V/Stunde 0,1-10 0,5-4
10 Zugeführte Wasserstoffmenge,
180-2700 720-2250
Eine gewisse Dealkylierung kann ebenfalls stattfinden. Es wird jedoch angenommen, daß die Dealkylierung über
einen Mechanismus verläuft, der von den Umlagerungsreaktionen verschieden ist, und höchstwahrscheinlich durch den
Gehalt an nicht-aromatischen Kohlenwasserstoffen im Ausgangsmaterial
nicht wesentlich beeinflußtwird.
Als Zeolith wird im Katalysator vorzugsweise Mordenit verwendet, jedoch können gegebenenfalls auch andere Zeolithe
mit Poren von mehr als 6 ä, z.B. Faujasit oder Zeolith Y
und Zeolith L, verwendet werden. In ihrer normalen Form haben Zeolithe ein starres Netzwerk von Aluminium-, Silicium-
und Sauerstoffatomen zusammen mit austauschbaren Metallkationen. In frisch hergestellten synthetischen Zeolithen
oder natürlichen Zeolithen sind dies gewöhnlich Alkalimetallkationen. Diese Alkalimetallkationen können
gegen andere Metallkationen, z.B. Kationen von Metallen der Gruppe II oder Wasserstoff- oder Ammoniumkationen,
ausgetauscht werden. Der hier gebrauchte Ausdruck "Zeolith
mit Alkalimetallkationenmangel" bezeichnet vorzugsweise einen Zeolith mit einem Alkalimetallgehalt von weniger
als 2 Gew.-^, insbesondere von weniger als 1,0 Gew.-%,
Die normalerweise vorhandenen Alkalimetallkationen können beispielsweise durch Metallkationen der Gruppe II, z.B.
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2000A91
Calcium oder Magnesium oder durch Ionen von Fetallen γρΙ-tener
Erden, ersetzt werden, jedoch wird vorzugsweise ein
dekationisierter Zeolith verwendet. Dekationisierte Zeolithe
werden zuweilen als Wasserstoffzeolithe bezeichnet,
da angenommen wird, daß der Ionenausgleich durch Wanserstoffionen
aufrechterhalten v/ird. Die Dekationisierunp·
kann durch Austausch der Alkalimetallkationen gegen Ammoniumionen und anschließendes Abtreiben des Ammoniaks
durch Erhitzen beispielsweise auf 250 bis 600°C erreicht
werden. Bei dieser Dekationisierungsmethode kann der Gehalt an Alkalimetall auf weniger als 0,5% gesenkt werden.
Eine andere möp-liche Methode ist die Behandlung mit einer
Säure zur direkten Dekationisienmg des Zeolithe. Gee-* p?iete
Säuren sind Salzsäure und Schwefelsäure. Eine Kombination der Ammonium- und Säurebehandlung in beliebiger Reihenfolge
ist ebenfalls möprlich. Sowohl durch die Ammoniumbehandlung als auch die Säurebehandlung werden aktive Katalysatoren
erhalten. Der wichtigste Faktor für die Aktivität scheint der vorzugsweise möglichst niedrige Restgehalt
an Alkalimetallkationen zu sein. Im allgemeinen hat eich gezeigt, daß durch die Ammoniumbehandlung der
niedrigste Restgehalt an Metallkationen erhalten wird.
Der Zeolith hat zweckmäßig ein Si02:Al20,-Verhältnis von
wenigstens 3:1» da der Zeolith gegenüber Dekationisierung
und Säuren um so stabiler ist, je höher das Verhältnis
ist. Wenn für die Säurebehandlung starke Säuren einer Konzentration von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis
20 Gew. -% verwendet werden, wird insofern ein zusätzlicher
Effekt insbesondere bei dem bevorzugten Zeolith Mordenit
erzielt, als Aluminiua aus dem Kristallgitter entfernt und demzufolge das Siliciumdioxyd/Aluminiumoxyd-Verhältnis
erhöht wird. Beispielsweise kann bei Mordenit das normale Siliciumdioxyd/Aluminiumoxyd-Verhältnis von 9:1 bis 11:1
ohne Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Zeo-
35 liths wesentlich erhöht werden (es wurde von Verhältnissen bis zu 90:1 berichtet).
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— ο —
,ieder Form der Dekati onisierunjr wird der Zeolith
gewaschen, um überschüssige K:;ure oder Ammo-
n-i'irr.nuFtauschlöFunp 7u entfernen, und auf 250 bis 600°C
erhi tzt.
u '.,i° :;ydri ^komponente int vorzugsweise ein L'etall der Gruppe
VTII1 z.3. ein Eisenc;ruppenmetall, insbesondere Kobalt
oier Nickel, oder ein Flati nprruppenmetall, insbesondere
FlHt:η oder Palladium. Sie kann auch ein I/etall der Gruppe
I^ .-pin (z.B. Plupfer, Gold oder insbesondere Silber).
hip iydrierkomponente kann in einer I/.enpe von 0,1 bis 5
insbesondere von 0,5 bis 2,0 Gew.-ό vorhanden
i η und wird vorzugsweise durch Tonenaustausch oinp-eführt,
-/,-ο !urch das Alkalimetallkationendefizit wenigstens teilweise
ausp-^flichen wird, iiie wird vorzup\c'A'Rise in den
Teolith mit; Alknlimetallkotioneniinnrol einrpführ4", ?..B.
nac^ der Dpk'xtionisiemnp;, .i^^och kann sie auch vor dem
run Abtreiben des AmmoniaV-s und/oder Wbpf^^s durchreführtPTi
Erhitzen eingeführt vwivr.. Gewisse hvdri^renie Met'-lie,
insbesondere 'iie I.!e*:alle dnr Gruppp VA ^z«3. Vana—
Ίΐη, ;;iob uir1 Tantal) uni ^i" Metnlle d^r Ίϊίιρρ« VTA
(ζ.^. Chrom, MolybdHr. un^ .Vol^ram"1- lasspi --ir"·· nirht
leicht durc)i Tononnupt'iURCh in iio "«olith« einführen,
so An'.l diere Metalle wenit"?t°ns t*3! 1WeI^" -1F icprf
te !.>talle vorliep:on kennen. Die G"UT>pe Ί~'',?>
■ ^r"^]:
den T>t?rllpn L'nngan, !-'aPMriuir, un! i-^en^ii!,
Der
hol ?^0 bi-F 600 C
Ein iieVationisi erter I'ordenit v.ijrde wie '■'<
">\:/■ i'.c-rper^-el Lt:
y0 150 ρ Nntriummordenit ^irden mit r0 g Amro uiunni1 ivt
4 Stnmden in 1 1 entionisiertem Wasser am It":ckflnß erhitzt.
Der L'ordenit wurde abfiltriert, mit entionisierten Wasser
put gewaschen und 4 Stunden bei 1100G getrocknet,
BAD OfHGiNAL 109809/2206
Nickel wurde durch Ionenaustausch in den dekationisierten Mordenit wie folgt eingeführt: Der Mordenit wurde mit
einer Lösung von 4,75 g Nickelnitrat Ni(NO3)26H2O in
250 ml entionisiertem Wasser 18 Stunden am Rückfluß erhitzt.
Der erhaltene Katalysator wurde mit 6 1 entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur gewaschen und dann
4 Stunden bei 110°C getrocknet. Der fertige Katalysator
hatte die folgende Zusammensetzung: | 0,77 | 0,69 | Gew.-% |
Ni | 6,7 | 408 | ti |
Al | 40,0 | 0,22 | Il |
Si | SiO?:AIpO,-Verhältnis 11,52 | ||
Na | Gew.-96 | ||
Oberfläche | m2/g | ||
Porenvolumen | ml/g |
Der Katalysator wurde 3 Stunden bei 5000C an der Luft
calciniert und 2 Stunden bei 4500C in Wasserstoff reduziert.
Er wurde dann zur-Disproportionierung von Toluol in einem Dauerversuch von mehr als 2000 Stunden verwendet,
der unter folgenden Bedingungen durchgeführt wurde: Temperatur 4820C
Druck 31,5 atü
Raumströmungsgeschwindigkeit 1,8 V/V/Stunde Kreislaufgasmenge 2250 Nnr/m^
25 Ergänzungsgas Wasserstoff
Das als Einsatzmaterial dienende Toluol stammte aus einer großtechnischen Lösungsmittelextraktionsanlage. Durch geringe
Änderungen in den Ausgangsmaterialien und Arbeitsbedingungen
ergaben sich Änderungen im Paraffin- und Naphthengehalt. Änderungen des Paraffin- und Naphthengehaltes
ergaben sich auch durch Zusatz von Paraffinen und Naphthenen zum Einsatzmaterial. Der Einfluß dieser Änderungen
auf die Aktivität des Katalysators wurde während des Versuchs ermittelt. Die Ergebnisse sind nachstehend in
35 Tabelle II genannt.
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1·
Tabelle 2
Laufzeit, Stunden 0-699 700-1467 1468-1543 1544-1654 1655-1750 1751-2063 2064-2133 2134
Laufzeit, Stunden 0-699 700-1467 1468-1543 1544-1654 1655-1750 1751-2063 2064-2133 2134
Gesamtparaffine und -naphthene*, Gew.-# 1,43
Isooctan, Gew.-%
_* Methylcyclohexan,
ο Gew«-%
J°, Toluol, Gew.-%
co Sonstige Aromaten,
^ Gew.-%
0,06
98,47 99,62 0,10 0,32
1,45 | 0,06 | 0,99 | 0,49 | 1,49 | 0,49 |
- | - | 0,5 | - | - | - |
- | - | - | - | 1,0 | — |
98,47 | 99,62 | 98,84 | 99,55 | 98,42 | 99,55 |
0,10 | 0,52 | 0,17 | 0,16 | 0,09 | 0,16 |
° Toluolumsatz, Gew.-% Produkt
Benzol, Gew.-% Xylole, Gew.-%
19,4 19,5
47
21,0 21,6
44,5
18,8
21,2
21,2
43
19,1
20,1
20,1
43
18,7 20,6
39,5 16,2
19,1
42
17,0 20,4
* Der Paraffin- und Naphthengehalt wurde durch Gas-Flüssigkeitschromatographie gemessen.
Die ersten vier Spalten in Tabelle II zeilen, daß der
Toltiolumsatz durch die Menge von Paraffinen und Ilanthenen
im Einsatzmaterial stark beeinflußt wurde.
In den Spalten 5 bis 8 wurde der relative Einfluß der
Paraffine und Naphthene untersucht. Gemäß Spalte 5 wurden
0,5 Gew.-3^ Isooctan einem Einsatzmaterial zugesetzt, das
bereits 0,4-9 Gew.-% Paraffine und Naphthene (insgesamt
0,99%) enthielt. Wie erwartet, fiel der Umsatz ab und
stieg auch nicht wieder, wenn der Zusatz von Isoocton
abgebrochen wurde (Spalte VI). Gemäß Spalte VII wurde 1,0 Gew.-% Methylcyclohexan dem gleichen Einsatzmaterial
zugesetzt. Auch hier fiel der Umsatz. In diesen Fall wurde jedoch die Aktivität besser, wenn kein Naphthen mehr zugeßetzt
wurde (Spalte VIII).
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Claims (2)
1.) Verfahren zur katalytischen Umlagerung von Alkylaromaten,
dadurch gekennzeichnet« daß man ein Alkylaromaten enthaltendes Einsatzmaterial, dessen Gehalt an nichtaromatischen
Kohlenwasserstoffen niedriger als 0,5 Gew.-# ist, bei einer Temperatur von 300° bis 525°C und einem Druck von 0 bis
105 atü in Gegenwart von Wasserstoff über einen Zeolithkatalysator mit einer Porengröße von wenigstens 6 8 und
einem Alkaligehalt von weniger als 2 Gew.-£ leitet, in den
als Hydrierkomponente 0,1 bis 5 Gew.-% Metalle der Gruppen iß, VA, VIA, VIIA und/oder VIII des Periodischen Systems
eingearbeitet worden sind.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial weniger als 0,1 Gew.-# nichtaromatische
Kohlenwasserstoffe enthält.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Toluol als Einsatzmaterial verwendet.
h.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
bei einer Temperatur von 350°
von 10,5 bis 70 atU arbeitet.
bei einer Temperatur von 350° bis 5000C und einem Druck
5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zeolith einen Mordenit verwendet.
6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit
einen Zeolith mit einem Alkaligehalt von weniger als 1 Gew.-% arbeitet.
7.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator die Hydrierkomponente in Mengen von 0,5 bis
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2 Gew.-ί enthält.
h.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hydrlerkomponente aus Nickel besteht.
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