DE2033883A1 - Multistage isomerisation process - Google Patents

Multistage isomerisation process

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DE2033883A1
DE2033883A1 DE19702033883 DE2033883A DE2033883A1 DE 2033883 A1 DE2033883 A1 DE 2033883A1 DE 19702033883 DE19702033883 DE 19702033883 DE 2033883 A DE2033883 A DE 2033883A DE 2033883 A1 DE2033883 A1 DE 2033883A1
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DE19702033883
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Paul Gerard Beaumont Tex.; Henke Alfred Mathias Springdale Pa.; Bercik (V.StA.)
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GuIf Research & Development Company, Pittsburgh, Pa. (V.St.A.)
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/27Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton
    • C07C5/2767Changing the number of side-chains
    • C07C5/277Catalytic processes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  • Verfahren zum Isomerisieren von Kohlenwasserstoffen Die Erfindung betrifft die Isomerisierung von verhältnismässig unverzweigten Kohlewasserstoffen zu stärker versweigten Poren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes katalytisches Isomerisierungsverfahren, bei dem der Katalysator wirksamer ausgenutzt wird.
  • Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe, wie n-Butan, n-Pentan usw., in Gegenwart von Katalysatoren, z.B. solchen, die eine metallhaltige Hydrierungskomponente auf Aluminium als Träger enthalten, zu isomerisieren. Diese Katalysatoren können durch Behandeln mit Stoffen, wie Schwefelchloriden, Chloriden des Kohlenstoffs usw., aktiviert werden.
  • Gewöhnlich wurde der Isomerisierungskatalysator in einem einstufigen Reaktor eingesetzt, durch den die zu isomerisierenden Kohlenwasserstoffe geleitet wurden. Erwägungen hinsichtlich des Gleichgewichts beim Isomerisierungsverfahren führen zu dem Schluss, dass die Isomerisierung von geradkettigen Paraffinen von niedrigen Molekulargewicht, wie n-Butan, bei niedrigeren Temperaturen begünstigt wird. Die Isomerisierung von Stoffen, wie n-Butan, verläuft aber stark exotherm, und in einem einzigen Katalysatorbett kommt es danbei einem unerwünschten Temperaturanstieg um etwa 28 bis 560 0.
  • In einem einstuffigen Reaktor ist die Temperatur im letzten Ende des Katalysatorbettes, wo die nicht umgewandelten geradkettigen Paraffine durch die als Produkt entstehenden Isoparaffine verdünnt werden, am höchsten. Durch diese Kombination von hoher Temperatur und Produktverdünnung gestaltet sich die Isomerisierung der nicht-umgesetzten geradkettigen Paraffine schwieriger.
  • Perner nimmt die hydrierende Spaltung des Isomerisierungsprodukts bei höheren Temperaturen zu und dasit die Auabeute an Isomerisierungsprodukt ab. Es ist bekannt, sich einer isotherren Verfahrensführung su bedienen, bei der die durch die exotherme Reaktion erzeugte Wärme durch Kehlung abgeführt wird. Isotherme Systeme erfordern aber eine kostspielige und umständliche Bauart des Reaktors, um den fUr die Abführung der exothermen Reaktionswärme erfolderliche Wärmeaustausch herbeizuführen.
  • Es wurde nun gefunden, dass man einen höheren Umwandlung*-grad erreichen und die schädlichen Wirkungen des durch die Wärme der exothermen Reaktion bedingten Temperaturanstiegs im Katalysatorbett vermindern kann, wenn man die su isomerisierunden Kohlenwasserstoffe in mehreren, im wesentlichen adiabatischen Reaktionsräumen derart umsetzt, dass die Reaktion im ersten Reaktionsraum in einer kürzeren Verweilzeit verläuft als in den folgenden Reaktionsräumen und der Reaktionsblauf ein jeden Reaktionsraumes vor seinem Eintritt in den nächsten Reaktionsraum gekühlt wird.
  • Wenn man anstelle eines einzigen Reaktionsraumes zwei oder mehrere Isomerisierungreaktionsräume verwendet, von denen jeder einen Teil der Gesamtmenge des Isomerisierungsketalysator enthält, und wenn man dabei den Reaktionsablauf von seiner Einführung in den nächsten Reaktor kühlt, ist es ünerraschenderweise möglich, die mittlere Temperatur der adiabatischen Reaktionsräume genauer zu steueren, die Wahrscheinlichkeit der hydrierenden Spaltung des Isomerisierungsprodukts zu vermindern und die Endausbeute an isomerisierten Kohlenwasserstoffen zu erhöhen. Ferner wird durch die Anwendung einer kürzeren Verweilzeit in dem ersten adiabatisohen Reaktioneraum verhindert, dass die durch die exotherme Reaktion bedingte Temperatur in diesem Reaktionsraum Zu stark über den Wert hinaus ansteigt, bei dem die Bildung des Isomerisierungsprodukts begünstigt wird.
  • Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird der Grad der Kühlung des Ablaufs zwischen den Reaktionsräumen so eingestellt, dass sämtliche Reaktorausstemperaturen etwa die gleichen sind.
  • Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Grad der Kühlung des Ablaufs zwischen den Reaktionsräumen so eingestellt, dass die Auslasstemperaturen von Reaktor ru Reaktor abnehmen. Die Ausführungsform der Erfindung, gemüse der die Reaktorauslasstemperatur fortschreitend abnimmt, wird besondere bevorzugt. Es ist dann weniger wahrscheinlich, dUa eine hydrierende Spaltung stattfindet, und dabei bleibt der Umwandlzungsgrad der zu isomerisierenden Kohlenwasserstoffe zu dem Isomerisierungsprodukt hinreichend hoch. Da die Konzentration der mtu isomerisierenden Kohlenwasserstoffe im ersten Reaktionsraum am höchsten ist, setzt sich die Umwandlung mit hinreichender Geschwindigkeit fort, und es tritt gewöhnlich keine hydrierende Spaltung aiaf. In den nachfolgenden Reaktionsräumen, in denen die zu isomerisierenden Kohlenwasserstoffe mit des Isomerisierungsprodukt verdflnnt werden, ist es zweckmässig, die Umwandlung der zu isomerisierenden Kohlenwasserstoffe bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen, die die Isomerisierung dieser Kohlenwasserstoffe begünstigen, während die hydrierende Spaltung des Ißomerißierungaprodukto auf ein Minimum beschränkt bleibt.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen.
  • Das die zu isoserisierenden Kohlenwasserstoffe enthaltende Ausgangsgut wird Uber Zeitung 11 in die Leitung 12 eingeführt, wo es mit einem durch Leitung 13 zugeführten wasserstoffhaltigen Gas vermischt wird.
  • Zu den erfindungsgemäß isomerisierbaren Kohlenwasserstoffen gehören geradkettige und schwach verzweigtkettige Paraffine, wie n-Batan, n-Pentan, n-Hexan und dergleichen.
  • Auch Cycloparaffine, wie Cyclohexan und seine alkylsubsti tuierten Derivate, sowie auch alkylsubstituierte Derivate des Oyclopentans können gemäße der Erfindung isomerisiert werden.
  • Das Ausgangsgut kann aus in der Natur vorkommenden Stoffen gewonnen werden, z.B. durch fraktionierte Destillation von Benzinfraktionen, die aus Rohöl oder beispielsweise durch Reformieren erhalten werden. Besonderen Vorteil bietet das erfindungsgemässe Verfahren für die Isomerisierung von gerad kettigen Paraffinen von niedrigem Molekulargewicht, wie n-Butan, die eine hohe exotherme Reaktionswärme entwickeln und ru einem starken Temperaturanstieg in den adiabatiechen Katalysatorbetten führen.
  • Man arbeitet mit einem Nolverhältnis von Wàbseretoff zu Kohlenwasserstoffen zwischen etwa 0,01:1 und 10:1, vorzugsweise zwischen etwa 0,05:1 und 4:1. Vorteilhaft wird das gewünschte Xolverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen durch Kreislaufführung der wasserstoffhaltigen Gase innegehalten, die von dem Isomerisierungsprodukt abgetrennt worden sind. Das Gemisch aus isomerisierbaren Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff gelangt durch Leitung 12 in den Erhitzer 14, wo es lauf etwa 38 bis 260°C, vorzugsweise auf etwa 121 bis 232°C, erhitzt wird.
  • Dae erhitzte Gemisch strömt durch Leistung 15 zu den adiabatischen Reaktoren, in denen der Druck im Bereich von etwa Atmosphärendruck bis 140 atü, vorzugsweise von etwa 21 bis 70 attl, gehalten wird. Die stündliche Flüssigkeits-Durchßatzgeeohwindigkeit liegt zwischen etwa 0,05 und 10, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 4.
  • Der Reaktor 16 enthält einen Isomerisierungskatalysator, z.B. einen aktivierten Katalysator mit einem poröeen Träger.
  • Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man mit porösen Aluminiusoxiden, die duroh Caloinieren von ß-Aluminiumoxid-trihydrat, wie Bayerit, oder Gemischen des Trihydrat mit anderen Aluminiumoxidhyraten, hergestellt werden. Ebenso kann man-Aluminiumoxide verwenden, die durch Calcinieren anderer hydratisierter Aluminiumoxide hergestellt worden sind, z.3. durch Calcinieren des durch Hydrolyse von Äluminiummethylat erhaltenen amorphen Aluminiumoxids oder von kristallisierten Aluminiumoxidhydraten, wie «-Alnminiumoxid-trihydrat oder Gibbsit oder von in der Natur vorkommenden Stoffen, die dieses Aluminiumoxidhydrat enthalten-, wie Bauxit, ferner durch ¢alcinieren von "neuem" ß-Aluminiumoxid-trihydrat oder Nordstrandit sowie von α- und ß-Aluminiumoxid-monohydrat, wie Böhmit und Diaspor, oder von verschiedenen Gemischen solcher Aluminiumodxidhydrate. Werner kann man die in den USA-Patentschriften 5 151 939, 3 151 940 und 3 188 174 beschriebenen Aluminiumoxide verwenden, die durch Calcinieren eines Aluminiumoxidhydrats hergestellt werden, welches 1,2 bis 2,6 Mol Hydratwasser Je Mol Aluminiumoxid enthält. Die Aluminiumoxidträger bestehen vorzugsweise aus reinem Aluminiumoxid, können aber auch geringere Mengen, nämlich bis etwa 45 %, an anderen hitzebeständigen Oxiden, wie Siliciumdioxid, Berylliumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid oder Boroxid, enthalten. Solche Aluminiumoxide kennzeichnen sich im allgemeinen durch eine hohe spezifische Oberfläche, die gewöhnlich im Bereich von etwa 200 bis 300 m²/g liegt oder noch höher ist.
  • Besondere vorteilhafte Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn man Aluminiunioxide mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als etwa 250 m2/g, insbesondere von mehr als etwa 300 m2/g, verwendet; man kann jedioch auch mit Aluminiumoxiden von niedrigerer spezifischer Oberfläche arbeiten.
  • Die Katalysatorträger, aus denen die aktivierten Katalysatoren hergestellt werden, können mit einer geringen Menge mindestens einer metallhaltigen Komponente mit Hydrierungsaktivi tät beaufschlagt werden, die aus den Metallen der linken Spalte der Gruppe VI oder den Metallen der Gruppe VIII des Periodischen Systems ausgewählt ist. Beispiele für geeignete Metall-e sind Platin, Rhodium, Palladium, Nickel und Wolfram, Besonders gute Ergebnisse erzielt man mit Platin und Palla-.
  • dium. Im allgemeinen beträgt die Menge der Hydrierungskomponente etwa 0,01 bis 5,0 Gewiohtsprozent, vorzugsweise etwa 0,1 bis 2,5 Gewichtsprozent des Katalysators, besonders wenn es sich um Edelmetalle handelt. Ausgezeichnete Ergebnisse werden z.B. mit 0,2 bis 0,7 % Platin oder mit 1 % Palladium auf Aluminiumoxid erzielt.
  • Die Hydrierungskomponente kann auf beliebige Weise auf das Aluminiumoxid aufgebracht werden. So kann man zçBo die Hydrierungskomponente auf einem vcrcalcinierten Aluminiumoxidträger durch Tränken mit einem wasserlöslichen Salz und anschliessendes Calcinieren abscheiden0 Beispiele für solche Lösungen sind Lösungen von Platinchlorwasserstoffsäure oder anderen Platinhalogenwasserstoffsäuren oder wässrige Lösungen von Nickel- und Wolframnitrat, bei denen das Nickel und das Wolfram in den gewünschten Iiengenverhältnissen zueinander vorliegen. Man kann die Hydrierungskomponente aber auch als Salz zu dem Aluminiumoxidhydrat zusetzen, dann z.B. mit Schwefelwasserstoff ausfällen und caloinieren oder lediglich- calcinieren. Ebenso kann man ein wässriges Metallsulfidsol, z.B.
  • ein Plattinsulfidsol, zum Tränken des Aluminiumoxidhydrate verwenden oder einer Aluminiumoxidlöaung vor dem Trocknen und Calcinieren beimischen.
  • Die Aktivität dieser Katalysatoren kann durch Behandeln mit chlorwasserstoff und dann mit einem Sohwefelchiorid weiter erhöht werden, wie es in der USA-Patentschrift 3 222-689 beschrieben ist. So kann man den Trägerkatalysator mit-dhlorwasserstoff und anschliessend mit einem Schwefelchlorid, wie Thionylchlorid oder Schwefelmonochlorid, behandeln. Ein anderes geeignetes Verfahren zum Aktivieren derartiger Katalys'atoren ist in der USA-Patentschrift 3 441 514 beschrieben.
  • Nach diesem Aktivierungsverfahren erlangen solche Trägerkatalysatoren eine hochgradige Aktivität, indem man sie mit einem Schwefelchlorid und einem sauerstoffhaltigen Gas bei einer kritischen Temperatur zwischen etwa 399 und 593° C behandelt. Weitere Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren, die sich für das Isomerisierungsverfahren gemäss der Erfindung eignen, sind in der USA-Patentschrift 3 419 503 und in der USA-Pa- schrieben.
  • Ungeaohtet der Methode, nach der der Ausgsngskatalysatorträger mit der Hydrierungskomponente beaufschlagt wird, werden Edelmetalle als Hydrierungskomponenten vor der Vorbehaedlung mit Chlorwasserstoff oder der Aktivierungsbehandlung mit einem Schwefelchlorid vorteilhaft in eine reduzierte Form übergeflihrt. Im Falle von unedlen Metallen, wie Nickel und Wolfram, kann die Hydrierungekomponente vor jeder weiteren Aktivierung, z.B. vor der Vorbehandlung mit Ohlorwasserstoff und der Aktivierungsbehandlung mit einem Schwefelchlorid, in der sulfidischen oder oxidischen Form verbleiben.
  • Ferner ist es wichtig, den Aluminiumoxidträger bereits vor der Vorbehandlung mit Chlorwasserstoff oder der Aktivierungsbehandlung mit dem Schwefelchlorid mit der Hydrierungekomponente zu beaufschlagen, da eine spätere Absoheidung der Hydrierungskomponente normalerweise zu einer Verminderung des Chlorgehaltee des mit dem Schwefelchlorid behandelten Trägers führt. Dies ist unerwünscht, da die Aktivität des Katalysators anscheinend mit der Erhöhung des Chlorgehaltea zusammenhängt, die durch die Aktivierungsbehandlung mit dem Schwefelchlorid zustande kommt.
  • Der Katalysatorträger kann auch anderes Halogen enthalten als dasJenige, das ihm durch die Behandlung mit dem Schwefelchlorid einverleibt wird. Zum Beispiel kann sioh ein gewisser Halogengehalt aus der Verwendung eines Aluminiumhalogenides als Ausgangs stoff bei der Herstellung des Aluminiumoxidträgers ergeben, oder etwas Halogen kann infolge der Verwendung einer Halogensäure des Edelmetalls in dem Katalysator verbleiben.
  • Der Reaktor 16 enthält zweckmässig zwischen etwa 5 und 50 bis 60 , der Gesamtmenge des in sämtlichen Reaktoren befindlichen Isomerisierungskatalysators. Vorzugsweise enthält der erste Reaktor 16 Jedoch nicht mehr als einen geringeren Teil, nämlich zwischen etwa 12 und 35 Gewichtsprozent der Gesamtkatalysatormenge. Gewisse Veruneinigungen, wie Sauerstoffverbindungen, die in der Isomerisierungsbeschickung enthalten sind, verursachen einen Aktivitätsverlust des Isomerisierungskatalysator in der Strömungrichtung der Beschickung durch die Reaktoren. Daher kann man den ersten Reaktor 16 als katalytischen Sohutzreaktor verwenden, um die folgenden Katalyeatorbetten zu schützen. Wen der erste Reaktor entaktiviert wird, kann der darin befindliche Katalysator regeneriert oder ausgetauscht werden, während die übrigen Katalysatorbetten weiter in Betrieb bleiben. Wenn der erste Reaktor daher nur einen geringen Teil der Gesamtkatalysatormenge enthält, kann die Hauptmenge des Katalysators ununterbrochen ohne wesentliche Betriebsunterbrechung verwendet werden, indem man nur den geringen Teil des Katalysators austauscht. Wenn man mit zwei Reaktoren arbeitet, enthält der erste Reaktor vorzugsweise etwa 12 bis 40% der Gesamtkatalysatormenge.
  • Der Ablauf aus dem Reaktor 16 strömt über Leitung 17 durch den Klihler 18, wo er eo weit gekühlt wird, wie es erforderlich ist, um die mittlere Reaktionstemperatur unter Kontrolle zu halten. In diesem Kühler kann die Temperatur z.B.
  • um etwa 5,5 bis 16,7° C herabgesetzt werden. Als Kühler 18 kann man Jeden beliebigen Wärmeaustauscher, z.B0 einen luftgekühlten Wärmeaustauscher, einen duroh Flüssigkeit gekühlten Wärmeaustauscher, wie z.B. einen Mantel- und Röhren-Wärmeaustauscher, usw. verwenden.
  • Der gekühlte Ablauf strömt durch Leitung 19 zum Reaktor 20, der zweckmässig zwischen etwa 5 und 50 bis 60 %, vorzugsweise etwa 12 bis 5 % der Gesamtkatalysatormenge enthält.
  • Wenn man nur mit zwei Reaktoren arbeitet, ist der Reaktor 20 der letzte Reaktionsraum und enthält zweckmässig etwa 50 bis 95 %, vorzugsweise etwa 60 bis 88 %, der Gesamtkatalysatormenge.
  • Die Auslasstemperatur des Reactors 20 wird durch die zwischein den Stufen erfolgende Kühlung auf etwa 140 C über bis etwa 280 G unter der Auslasstemperatur des Reaktors 16 eingestellt. Vorzugsweise liegt die Auslasstemperatur des Reaktors 20 etwa 5,5 bis 16,70 a unter der Auslasstemperatur des Reaktors 16. Wie bereits erwähnt, können die Reaktionauslasstemperaturen so eingeregelt werden, dass sie alle etwa die gleichen sind; vorzugsweise arbeitet man jedoch so, dass die Auslasstemperatur von einem Reaktor zum nächsten abnimmt, um die Bildung des Isomerisierungsprodukts zu begünstigen und die hydrierende Spaltung des Isomerisierungsprodukts, welches in dem zweiten und den folgenden Reaktoren in steigenden Konzentrationen vorhanden ist, zu unterdrücken.
  • Der Ablauf vom Reaktor 20 strömt über Leitung 21 durch den Kühler 22, wo er um den gewünschten Betrag gekühlt wird.
  • Der gektihlte Ablauf gelangt durch Leitung 23 in den Reaktor 24, der etwa 25 bis 90 * und vorzugsweise etwa 35 bis 76 %, der Gesamtmenge des Katalysators enthält.
  • Die Auslasstemperatur der Reaktors 24 liegt zweckmässig etwa 140 C über bis etwa 280 0 unter der Auslasstemperatur des Reaktors 16. Vorzugsweise ist die Auslasstemperatur des Reaktors 24 etwa 5,5 bis 16,70 C niedriger ale diejenige des Reaktors 16.
  • Der Ablauf vom letzten Reaktor 24 strömt durch Leitung 25 in den Hochdruckabscheider 26, aus dem wasserstoffhaltiges Gas durch Leitung 27 abzieht und (auf nicht dargestellte Weise) zur weiteren Verwendung in dem Isomerisierngsverfahren im Kreislauf in die Leitung 13 zurückgeführt wird. Flüssiges Produkt verlässt den Abscheider 26 durch Leitung 28 und gelangt in eine (nicht dargestellte) Trennanlage zwecks Gewinnung der isomerisierten Kohlenwasserstoffe und nicht-umgewandelter Kohlenwasserstoffe, die zur weiteren Umwandlung im Kreislauf in die Reaktionsgefässe zurückgeleitet werden.
  • Die Verweilzeit im ersten Reaktionsgefäss darf erfindungsgemäss nicht länger sein als die nachfolgende Verweilzeit. In einer aus zwei Reaktoren bestehenden Anlage kann die Verweilzeit im eraten und im zweiten Reaktor z.B. etwa die gleiche sein; vorzugsweise ist die Verweilzeit im zweiten Reaktor Jedoch länger als diejenige im ersten Reaktor. Das Verhältnis der Verweilzeiten im ersten und im zweiten Reaktor kann im Bereich von 1:1 bis etwa 1:20 variieren und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 1:1,5 bis 1:7 oder 8.
  • Wenn man mit drei oder noch mehr Reaktoren arbeitet, kann das Verhältnis der verschiedenen Verweilzeiten zueinander in nerhalb weiter Grenzen schwanken und dabei trotzdem der erfindungswesentliohen Bedingung genügen, dass die Verweilzeit im ersten Reaktor nicht länger sein dart ale die nachfolgende Verweilzeit. So kann z.3. in einer aus drei Reaktoren bestehenden Anlage das Verhältnis der Verweilzeiten in diesen Reaktoren je nach den Einlass- und Auslasstemperaturen der drei Reaktoren 1:1:0,5 betragen. Im, allgemeinen wird es Jedoch be vorzugt, dass die Verweilzeit in Jedem Reaktionsgefäss nicht länger ist als diejenige in dem unmittelbar darauffolgenden Reaktinosgefäss. Dementsprechend arbeitet man in einer aus drei Reaktoren bestehenden Anlage vorzugsweise mit relativen Verweilzeiten im Bereich von 1:(1 bis 10):(5 bis 18). Vorteilhaft liegen die relativen Verweilzeiten in den drei Reaktoren im Bereich von 1:(1 bis 3):(3 bis 6 oder 7).
  • Obwohl dies in der zeichnung nicht dargestellt ist, ist es sehr zweckmässig, die Beschickung der Isomerisierungsreak toren mit einem festen Adsorptionsmittel vorzubehandeln, um ihr Verunreinigungen zu entziehen. Zu diesem Zweck eignet sich ein zeolitisches Molekularsieb vom Typ X. Die Herstellung derartiger Nolekniarsiebe ist in der USA-Patentschrift 2 882 244 und im Schrifttum beschrieben. Eine besonders bevorzugte Art einer Vorbehandlung mit einem festen Adsorptionsmittel besteht in der Verwendung einer Kombination von festen Adsorptionsmitteln, die in mehreren gesonderten Adsorptionsgefässen untergebracht sein können, von denen mindestens ein Adsorptionsgefäss s ein Nolekularsieb vom Typ 13X. enthält. Dieses Molekularsieb einen effektiven Porendurchmesser von 10 bis 11 Q und wird vorzugsweise in Kombination mit eines fasten Hilfsadsorptionsmittel, wie Ton, Kohlenstoff, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumozid oder Siliciumdioxid-Magnesiumoxid, angewandt. Eine bevorzugte Kombination ist das zeolitische 13X-Molekularsieb in Kombination mit Attapulguston. Der letztere hat die Zusammensetzung [(Mg,Al)5#Si8O22(OH)4#4H2O] und kann zwecknmässig in denjenigen Adsorptionsgefäss untergebracht sein, welches den Adsorptionsgefäss mit dem Molekularsieb vorgeschaltet ist. Das Adsorptionsgefäss, welches das 13X-Molekularsieb enthält, kann ausserdem eine geringe Menge 4X-Molekularsieb enthalten. Die Adsorptionsmittel können zweckmässig im Verhältnis von etwa 1 bis 10 Rausteilen Molekularsieb je Raumteil Hilfsadsorptionsmittel angewandt werden.
  • In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentwerte, falls nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.
  • Beispiel 1a Ein handelsüblicher Benzinreformierungskatalysator, der 0,6 % Platin auf einem Aluminiumoxidträger enthält, einem Chloridgehalt von 0,6 * und ein. spezifische Oberfläche von 425 m2/g aufweist, wird übernacht bei 2880 a und dann 2 Stundei bei 482° a calciniert. Der Katalysator wird 2 Stunden im Wasserstoffstrom bei 4820 C reduziert. Hierbei beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs 42,5 Ndm³/Std./100 g Katalysator Über den reduzierten Katalysator wird 6 Stunden gereinigter Stickstoff geleitet.
  • Dsnn wird der Katalysator unter Stickstoff auf 5660 a erhitzt, worauf man eine Stunde lang 0,3 Mol Chlorwasserstoff Je 100 g Katalysator über den Katalysator leitet. Hierauf wird der Katalysator mit Stickstoff auf 2930 C gekühlt, worauf man 2,5 Stunden 0,09 Mol Schwefelmonochlorid (S2C12) Je 100 g Katalysator über den Katalysator leitet.
  • Nach weiterem AbkUhlen des Katalysators auf 2040 C leitet man 3 Stunden 0,9 Mol Chlorwasserstoff Je 100 g Katalysator über den Katalysator. Hierauf wird der Katalysator gekühlt.
  • 800 ml des gemäss Beispiel 1a hergestellten Katalysators werden auf drei gemäss der Zeichnung hintereinandergeschaltete Isomerisierungsreaktoren verteilt. Dem ersten und zweiten Reaktor wertden je 25 Volumprozent, dem dritten 50 Volumprozent der Gesamtkatalysatormenge zugesteilt. Zwischen den Reaktoren befinden sich, wie in der Zeichnung dargestellt, luftgekühlte Wärmeaustauscher.
  • Durch einen Adsorptionsturm, der eine Adsorptionsmittelschicht aus Attapulguston und eine vorwiegend aus einem 132X-Molekularsieb und einer geringen Menge 4X-Molekularsieb bestehende Adsorptionsmittelschicht enthält, wird eine n-Butan enthaltende Beschickung mit einer stündlichen Flüssigkeits-Durchsatzgeschwindigkeit von 0,8 geleitet. Die Menge des Tons beträgt 25 %, die jenige der Molekularsiebe 75 % des gesamten Adsorptionsmittels. Durch diese Vorbehandlung wird der Schwe fel- und Wassergehalt der Beschickung auf weniger als 1 ppm herabgesetzt.
  • Die gereinigte Butanbeschickung wird auf 147° C vorer hitzt und mit einer stündlichen Flüssigkeits-Durchsatzge.
  • schwindigkeit von 2,0 zusammen mit einem zu 95 % aus Wasser stoff und zu 5 % aus Methan bestehenden Gas durch den ersten und die folgenden Reaktoren geleitete Man arbeitet bei einem Wasserstoffpartialdruck von 5,25 atü, einem Butanpartialdruck von 25,55 atü und einem Gesamtdruck von 31,15 atü. Ferner werden der Butanbeschickung 200 ppm Chlorid zugesetzt.
  • Die Zwischenkühler werden so eingestellt, dass die Aus lasstemperaturen aller drei Reaktoren die gleich Höhe haben.
  • Der Ablauf vom ersten Reaktor wird bei einer Auslasstemperatur von 1660 a abgezogen. Er wird gekühlt und in den zweiten Reaktor bei einer Einlasstemperatur von 1590 C eingeleitet.
  • Dies führt zu einer Auslasstemperatur von 1660 C aus dem zwei ten Reaktor.
  • Der Ablauf vom zweiten Reaktor wird gekühlt und in den dritten Reaktor mit einer Temperatur von 1620 C eingeleitet.
  • Hierdurch bleibt auch im dritten Reaktor die Auslasstemperatur auf 166°C.
  • Aus dem Ablauf des dritten Reaktors wird das Isobutan als Produkt abgetrennt; man gewinnt 62,0 molprozent Iosbutan.
  • Die Gaserzeugung beträgt 1,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Beschickung.
  • Beispiel 2 Man arbeitet naeh Beispiel ib, wobei jedoch die Zwischenkühler so eingestellt werden, dass man in bezug auf den zweiten und den dritten Reaktor abnehmende Auslasstemperaturen erhält. Die vorerhitzte Beschickung wird dem ersten Reaktor bei einer Temperatur von 147°C zugeführt, und der Ablauf tritt aus diesem Reaktor bie einer Temoperatur von 166°C aus.
  • Dieser Ablauf wird auf 159°C gekühlt, und die Auslasstemperatur des zweiten Reaktors wird dadurch auf 166°C gehalten.
  • Der Ablauf vom zweiten Reaktor wird auf 153°C gekühlt, wodurch erreicht wird, dass die Auslasstemperatur des dritten Reaktors 157°C beträgt.
  • Durch die Anwendung der Massnahme der vom zweiten zum dritten Reaktor abnehmenden Auslasstemperaturen wird eine Ausbeuteerhöhung auf 62,5 Molprozent Isobutan erzielt. Die Gaserzeugung beträgt 1,1 Gewichtsprozent.
  • Beispiel 3 Man arbeitet nach Beispiel ib, wobei die Kühler jedoch so eingestellt werden, dass die Auslasstemperatur rom ersten bis zum dritten Reaiktor abnimmt. Die Beschickung wird auf 153°C vorerhitzt und in den ersten Reaktor eingeleitet, dessen Aus lasstemperatur 174°C beträgt. Der Ablauf vom ersten Reaktor wird auf 162°C gekühlt, wodurch man in dem zweiten Reaktor die niedrigere Auslasstemperatur von 166°C erzielt. Der Abtauf vom zweiten Reaktor wird auf 1530 C gekühlt, woraus sich in dritten Reaktor die noch niedrigere Auslasstempreratur von 157°C ergibt.
  • Durch die Anwendung der Massnahme der abnehmenden Aus lasstemperaturen in allen drei Isomerisierungsreaktoren erhäl't; man eine Isobutanausbeute pon 6297 Molprozent und eine Gaserzeugung von 1,4 Gewichtsprozent.
  • Vergleichsbeispiel A Zu Vregleichswacken arbeitet man mi t der Vorrichtung und nach dem Verfahren der vorhergehenden Beispiele, jedoch ohne Zwischenkühlung des Ablaufs von den Reaktoren. Die n-Butanbeschickung wird auf 143°C vorerhitzt und dem ersten Reaktor zugeführt, so dass die Reaktorauslasstemperatur 174°C beträgt. Der Ablauf wird ohne weitere Kühlung durch den zweiten und den dritten Reaktor geleitet, und aus dem Ablauf des dritten Reaktors wird das Isobutan gewonnen. Die Ausbeute an Isobutan beträgt nur 60,9 Molprozent und die GasZ erzeugung 2,4 Gewichtsprozent, woraus sich eine niedrigere Selektivität für die Bildung von Isobutan ergibt.
  • Vergleichsbeispiel B Zum weiteren Vergleich wird die Beschickung der vorhergehenden Beispiele, wie beschrieben, vorbehandelt und zusammen mit Wasserstoff, wie in den obigen Beispielen, nur durch ein einziges Katalysatorbett (800 ml) des katalysators gemäss Bei spiel 1a) geleitet. Die Bedingungen sind die gleichen wie im Vergleichsbeispiel A. Die Beschickung wird auf 143°C erhitzt und dann durch den einzigen Reaktor geleitet. Der Ablauf tritt bei einer Temperatur von 1740 C aus, und die Isobutanausbeute sowie die Gaserzeugung sind die gleichen wie im Vergleichsbeispiel A.
  • Die Ergebnisse der obigen Beispiele zeigen, dass man beim Arbeiten mit; mehreren Reaktionsgefässen unter Anwendung der erfindungsgemässen Zwischenkühlung um 1,1 bis 1,6 MoR.prozent mehr Isomerisat erhält als bei Anwendung mehrerer Reaktionsgefässe ohne Zwischenkühlung oder be Anwendung nur.eines einzigen Isomerisierungsreaktors. Noch mehr Isomerisat wird erhalten, wenn man nach der Methode der abnehmenden Auslasstemperaturen arbeitet. Wie Beispiel 3 zeigt, erhält man um 0,7 Molprozent mehr Isomerisierungsprdukt* wenn man mit abnehmenden Auslasstemperaturen arbeitet, im Vergleich Zinn Beispiel Ib, in dem die Auslasstemperaturen auf dem gleichen Wert gehalten werden.
  • Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit sind bei der obigen Beschreibung und in der Zeichnung viele Einzelheiten, wie z.B. Verdichter, Pumpen, Ventile, automatische Regelvorrichtungen usw., die aber dem Fachmann alle bekannt sind, fortgelassen worden.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Verfahren zum Isomerisieren von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kohlenwasserstoffe in mehreren im wesentlichen adiabatischen Reaktionsräumen mit einem Isomerisierungskatalysator zusammenbringt, die Umset-Sung im ersten Reaktionsraum bei einer kürzeren Verweilseit durobfthrt als in einem Jeden der übrigen Reaktionsräume und dem Temperaturanstieg beim Hindurchströmen durch die Reaktionsräume dadurch entgegenwirkt, dass man den Ablauf aus einem Jeden Reaktionsraum vor dem Einleiten in den nächsten Reaktionsraum kühlt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, angewandt auf die Isomerisierung von n-Butan, n-Pentan, Hexanen, Methylcyclopentan und/oder Oyolohexa.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, angewandt auf die Isomerisierung von n-Butan.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Auslasstemperatur des ersten Reaktionsraumes über derjenigen des nächsten Reaktionsraumes hält.
    9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kühlung zwischen den Reaktionsräumen derart steuert, dass die Auslasstemperatur aus den Reaktionsräumen in der Strömungsrichtung abnimmt.
    6O Verfahren naeh Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kühlung derart steuert, dass die Auslasstemperaturen aus sämtlichen Reaktionsräumen etwa die gleichen sind.
    7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Auslasstemperatur aus den dem ersten Reaktionsraum nachgeschalteten Reaktionsräumen zwischen etwa 5,50 O und etwa 16,70 C unter der Auslasstemperatur des ersten Reaktionsraumes hält0 So Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kohlenwasserstoffe vor dem Einleiten in den ersten Reaktionsraum mit einer Kombination aus festen Adsorptionsmitteln vorbehandelt.
    9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den ersten Reaktionsraum mit einem geringeren Anteil der Gesamtkatalysatormenge beschickt.
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