DE2059978B2 - Verfahren zur selektiven Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren zur selektiven Hydrierung von ungesättigten KohlenwasserstoffenInfo
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Description
30
40
Es ist bekannt, daß man die selektive Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere von
solchen, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, unter Verwendung von Katalysatoren durchführen
kann, die Nickel oder Edelmetalle, wie beispielsweise Palladium, die gegebenenfalls auf Trägermaterialien
angeordnet sind, durchführen kann.
Jedoch sind diese Katalysatoren nicht völlig selektiv; außerdem unterliegen sie einer mehr oder weniger
raschen Desaktivierung und sind keineswegs stets leicht regenerierbar.
Die vorliegende Erfindung schafft nun ein neues Hydrierungsverfahren, das die oben aufgeführten
Nachteile nicht mehr aufweist oder diese zumindest stark reduziert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selektives Hydrierungsverfahren für ungesättigte Kohlenwasser- 4r>
stoffe, das in flüssiger Phase in Anwesenheit eines Palladium-Katalysators, der auf einem Tonerde-Träger
angeordnet ist, durchgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Katalysator aus einem Produkt
besteht, das dadurch gebildet wurde, daß man Tonerde-Partikel (Tonerde-Agglomerat) einer Oberfläche
von zumindest 120m2/g mindestens 15 Minuten
lang mit einem Wasserdampf einer Temperatur von 110 bis 3000C in Berührung bringt, sodann die entstandenen
Partikel (Agglomerat) trocknet, hierauf dieses Material auf eine Temperatur zwischen 500 und 1200°C erhitzt,
wobei man Tonerde-Partikel (Agglomerat) mit einer Oberfläche von 40 bis 100m2/g erhält und schließlich
diese eben genannten Partikel mit einer Palladiumverbindung vermischt und schließlich auf 300 bis 6000C «]
erhitzt.
Die letzte Behandlung des Katalysators mit Wasserstoff wird vorzugsseise bei einer Temperatur zwischen
50 und 150° C durchgeführt.
Die bei vorliegendem Verfahren eingesetzten Toner- b*.
de-Agglomerate haben eine Oberfläche von zumindest 120m2/g, beispielsweise eine solche von 120 bis
400 m2/g. Diese Agglomerate liegen im allgemeinen in Form von Körnern (Granalien) einer Größe von 0,5 bis
20 mm und vorzugsweise bei einer solchen von 1 bis lOmnivor.
Die Benandlung mit dem Wasserdampf dauert im allgemeinen 0,25 bis 24 Stunden und vorzugsweise eine
Stunde bis acht Stunden, wobei diese Behandlung vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 150 und
2500C durchgeführt wird. Man arbeitet bei Atmosphärendruck
oder auch bei einem anderen Druck, der mit ίο der Anwesenheit von Wasser im dampfförmigen
Zustand zu vereinbaren ist
Die Erhitzung auf 500 bis 12000C dauert gewöhnlich
0,25 bis 24 Stunden und vorzugsweise 1 Stunde bis 6
Stunden; die Behandlung kann jedoch auch kürzer sein,
wobei die übrigen Verfahrensbedingungen gleich sind, bis auf die Temperatur, die dann höher liegt.
Die Erhitzungsbehandlung auf 300 bis 6000C wird
vorzugsweise in Anwesenheit eines Gases durchgeführt, das molekularen Sauerstoff enthält
Der Anteil an Palladiumverbindung, der gewöhnlich zur Anwendung gelangt, liegt, ausgedrückt in Palladium-Metall, gewöhnlich zwischen 0,1 und 3 g pro 100 g Tonerde.
Der Anteil an Palladiumverbindung, der gewöhnlich zur Anwendung gelangt, liegt, ausgedrückt in Palladium-Metall, gewöhnlich zwischen 0,1 und 3 g pro 100 g Tonerde.
Es können zusätzlich noch weitere Metalle anwesend sein.
Die Behandlung mit dem Wasserstoff kann sich unmittelbar auf die Hitzebehandlung, bei der die
Temperatur 300 bis 6000C beträgt, anschließen oder praktischerweise später erfolgen, beispielsweise in einer
gesonderten, zur Hydrierungsbehandlung speziell geeigneten Apparatur.
Bei der Herstellung des Katalysators wird die Agglomerierung der Tonerde, die eine Oberfläche von
mehr als 120m2/g aufweist, nach an sich bekannten
Verfahrensweisen durchgeführt, beispielsweise durch Überführung in Dragee-Form, durch Extrusion oder
analoge Methoden. Auch die Ablagerung bzw. Niederschlagung der Palladium-Verbindung, beispielsweise des
Palladiumnitrats oder Palladiumchlorids wird nach an sich bekannten Verfahrensweisen durchgeführt. Es ist
im allgemeinen nicht nützlich, Alkalimetalle zur Reduzierung der Acidität des Trägers einzuführen, da
die Behandlung mit Wasser und die anschließende thermische Behandlung selbst den Effekt der Neutralisierung
dieser Acidität besitzen.
Das vorliegende Verfahren erlaubt es beispielsweise, acetylenische und/oder diolefinische Kohlenwasserstoffe
zu hydrieren, ohne daß eine merkliche Hydrierung der monoäthylenischen Kohlenwasserstoffe stattfindet.
Vorliegendes Verfahren erlaubt es ferner, auch acetylenische Kohlenwasserstoffe und Butadien-1,2 zu hydrieren,
ohne daß eine merkliche Hydrierung von Butadien-1,3 erfolgt.
Die selektive Hydrierungsbehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 0 bis 800C und bei
einem solchen Druck durchgeführt, der genügt, um die Aufrechterhaltung der flüssigen Phase sicherzustellen;
gewöhnlich liegt dieser Druck zwischen 1 und 25 kg/cm2. Das Molverhältnis Wasserstoff/ungesättigter
Kohlenwasserstoff liegt gewöhnlich zwischen 1 und 5 und vorzugsweise zwischen 1 und 2.
Der stündliche Durchsatz an Charge liegt vorteilhafterweise zwischen 2 und 50 und vorzugsweise zwischen
10 und 25 flüssigen Volumteilen pro Volumeneinheit Katalysator.
Diese selektiven Hydrierungskatalysatoren müssen zwei essentielle Eigenschaften aufweisen, nämlich eine
große Aktivität, d.h. die Fähigkeit, eine maximale
Hydrierung der am meisten ungesättigten Verbindungen zu bewirken und zweitens eine große Selektivität,
d. h.die Fähigkeit, neben der Haupthydrierungsreaktion Nebenreaktionen, wie die Hydrierung von weniger
ungesättigten Verbindungen und die Polymerisation gewisser Verbindungen zu vermeiden.
Diese beiden vorgenannten Katalysatoreigenschaften variieren im allgemeinen im umgekehrten Verhältnis
zueinander, d. h., wenn man die Aktivität des Katalysators verbessert, so senkt man die Selektivität ab; wenn
man dagegen eine Verbesserung der Selektivität sucht, so vermindert man die Aktivität.
Dieses Problem des Standes der Technik wird nun durch vorliegende Erfindung gelöst, indem erfindungsgemäß
bei einem selektiven Hydrierungsverfahren ein Katalysator verwendet wird, der gleichzeitig, d. h.
gemeinsam, die oben geforderten Eigenschaften aufweist und damit den Katalysatoren des Standes der
Technik gegenüber sprunghaft überlegen und fortschrittlich ist.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen weiterhin erläutert, die in
keiner Weise begrenzend wirken sollen.
Man benutzt diese Katalysatoren zur Hydrierung einer Q-Fraktion bei 15°C unter einem Gesamtciruck
von 15 kg/cm2 mit einem Molverhältnis f^/Verunreinigurigen
von 3 und einem Stundendurchsatz von 25 flüssigen Volumteilen pro Volumteil Katalysator.
Die CrFraktion enthält 5% gesättigte Kohlenwasserstoffe,
5% monoolefinische Kohlenwasserstoffe, 43,5% Butadien-1,3 und 0,5% acetylenische Kohlenwasserstoffe
(Methylacetylen, Äthylacetylen und Vinylacetylen).
Die folgende Tabelle II gibt die bei dieser Hydrierung erreichten relativen Molprozentzahlen bezüglich der
Umwandlung der einzelnen Inhaltsstoffe dieser Fraktion an:
Umwandlung
in Mol-%
in Mol-%
Katalysatoren
A B
A B
(gemäß Erfindung)
Monoolefine
Butadien
Acetylenische
Verbindungen
Gummiartige Stoffe
Butadien
Acetylenische
Verbindungen
Gummiartige Stoffe
1
98
98
97,5
0,1 0,25
Man stellt Tonerde-Agglomerate auf folgende Weise her: In einer Dragiervorrichtung wird feuchte Tonerde
zu Kügelchen eines Durchmessers von 2 bis 6 mm geformt und sodann diese auf 5500C erhitzt. Die
Kügelchen besitzen dann eine Oberfläche von 300 m2/g. Man entnimmt dann einen Teil (A) dieser Kügelchen
und behandelt sie 6 Stunden lang unter einem absoluten Druck von einer Atmosphäre mit Wasserdampf einer
Temperatur von 190° C; anschließend werden die
Kügelchen 4 Stunden bei 800° C kalziniert.
Ein anderer Teil (B) der Kügelchen wird direkt der gleichen Kalzinierung unterworfen.
Ein dritter Teil an Kügelchen wird bei einer Temperatur von 1300° C kalziniert.
Sodann imprägniert man jeden dieser drei Teilchen an Kügelchen mit einer 5gewichtsprozentigen Lösung
von Palladiumnitrat in Wasser, wobei man eine solche Menge Lösung einsetzt, die ausreicht, um ein Gewichtsprozent
Palladium im Verhältnis zur trockenen Tonerde abzulagern.
Anschließend wird getrocknet, 2 Stunden bei 450° C kalziniert und sodann 2 Stunden in einem Wasserstoffstrom
bei 100° C reduziert.
Die solchermaßen erhaltenen Katalysatoren besitzen die in der folgenden Tabelle I aufgeführten Eigenschaften:
Oberfläche
Porenvolumen (cmVg)
Katalysator A 60
(gemäß vorliegender
Erfindung)
Erfindung)
Katalysator B 70
Katalysator C 6
0,58
0,65
0,42
0,42
Wenn man die Raumgeschwindigkeit für C verringert, um in der Lage zu sein, A und C gegenüber den
acetylenischen Verbindungen bezüglich der Aktivität (98%) gleichzustellen, erreicht man unter diesen
Bedingungen eine Umwandlung des Butadiens von 1,2%.
Es ist also festzustellen, daß der Katalysator gemäß vorliegender Erfindung sowohl aktiver und auch
selektiver ist als der Katalysator C mit geringer spezifischer Oberfläche.
Weiterhin besitzt der Katalysator A gegenüber dem Katalysator B den sehr wesentlichen Vorteil, gegenüber
Nebenreaktionen der Polymerisation inert zu sein, d. h. solche nicht hervorzurufen, die eine rasche Desaktivierung
der Katalysatoren hervorrufen. In der Tat erreicht die Umwandlung in Polymere (Nebenreaktion) bei den
Katalysatoren A und C nur den Wert von 0,1%, wohingegen beim Katalysator B die Vergleichszahl
0,25% lautet.
Man vergleicht die Katalysatoren A und C des Beispiels 1 bei der selektiven Hydrierung einer
Gt-Charge, die reich ist an Butadien-1,3 und die ein
wenig Butadien-1,2 und acetylenische Kohlenwasserstoffe als Verunreinigungen enthält. Die Verfahrensbedingungen
sind im folgenden aufgeführt:
Gesamtdruck
Temperatur
Molverhältnis Wasserstoff/Verunreinigungen
VVH (Chargenvolumen/Kataly-
Temperatur
Molverhältnis Wasserstoff/Verunreinigungen
VVH (Chargenvolumen/Kataly-
b5 satorvolumen/Stunde)
15° C
25
Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt:
Zusammensetzung in Gew.-% | Ausströmen | Ausströmendes | |
Charge | des mit | mit Kataly | |
Katalysator C | sator A | ||
0,010 | 0,015 | ||
C3H8 | 0,012 | 0,48 | 0,52 |
i-GtHio | 0,47 | 2,58 | 2,71 |
n-C4Hio | 2,55 | 14,76 | 15,18 |
1-C4H8 | 13,77 | 26,72 | 26,63 |
iso-C4H8 | 26,82 | 6,86 | 7,21 |
2-trans-C4H8 | 6,23 | 5,00 | 5,13 |
2-cis C4H8 | 4,73 | 43,22 | 42,43 |
1,3C4H6 | 44,61 | 0,16 | 0,14 |
1,2C4H6 | 0,20 | 0,02 | 0,009 |
C3H4(I) | 0,08 | 0,044 | 0,017 |
C4H6 (2) | 0,103 | 0,046 | 0,009 |
C4H4 (3) | 0,425 | ||
(l)Methylacetylen. (2J Äthylacetylen. |
|||
(3) Vinylacetylen. |
Es wird der Katalysator gemäß vorliegender Erfindung (A) mit dem Katalysator C im Hinblick darauf
verglichen, wie die relative Inertheit jedes einzelnen dieser Katalysatoren bezüglich der unerwünschten
Polymerisations-Sekundär-Reaktionen ist. Hierbei wurde folgendermaßen verfahren:
Der Reaktor, der aus einem röhrenförmigen Behälter eines Durchmessers von 23 mm und einer Höhe von
120 cm bestand, v/urde mit einem Katalysator gefüllt,
dessen Palladiumanteil 0,1 % beträgt.
Das Reaktionsgemisch, das aus einer C3-Fraktion und
aus dem hydrierenden Gas bestand, wurde von unten nach oben durch den Reaktor geleitet.
Der Polymerisation folgt das Auftreten gewisser Dimerer. Die Vetfahrensbedingungen sind hierbei die
folgenden:
P: 12 kg/cm*, 7":35°C, VVH: 20, H2ZC3H4 = 1,3.
P: 12 kg/cm*, 7":35°C, VVH: 20, H2ZC3H4 = 1,3.
Die Zusammensetzung der Propylen-Charge in Gewichtsprozent ist im folgenden angegeben:
C2H4
Ein Studium dieser obigen Tabelle III zeigt, daß der Katalysator A (94°/oige Umwandlung der acetylenischen
Verbindungen) eine Aktivität besitzt, die deutlich über derjenigen des Katalysators C liegt, bei dem die
Umwandlung der acetylenischen Verbindungen nur 82,3% beträgt.
C3H6
C3Hb
(Cyclo-
propan)
CH4 ( = )
0,0710 6,67 88,84 0,0770 1,873 2,469
Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der folgenden Tabelle IV zusammengefaßt:
Gew.-% an
Polymeren
Polymeren
Summe der Gew.-%
Katalysator A Katalysator B
0,3681
0,4785
Katalysator C
4-Methylpenten | 0,0479 | 0,0623 | 0,0481 |
Hexen 1 | 0,1700 | 0,2210 | 0,1400 |
Hexen 2 | 0,1097 | 0,1426 | 0,1137 |
Hexen 3 | 0,0405 | 0,0526 | 0,0420 |
0,3441
Man sieht, daß der Katalysator A gemäß vorliegender Erfindung eine Polymerisationsaktivität aufweist,
die äquivalent ist derjenigen des Katalysators C, wobei jedoch der Katalysator A eine stark angestiegene Hydrierungsaktivität
im Vergleich zum Katalysator C besitzt.
Claims (2)
1. Verfahren zur selektiven Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen in flüssiger Phase
und bei Anwesenheit eines auf einem Tonerde-Träger angeordneten Palladium-Katalysators, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator aus dem Produkt besteht, das man erhält, wenn man
Tonerde-Partikel (Tonerde-Agglomerat) einer Oberfläche von zumindest 120m2/g bei einer
Temperatur von 110 bis 3000C zumindest 15 Minuten lang mit Wasserdampf in Berührung bringt,
sodann die entstandenen Agglomerate trocknet, hierauf diese auf eine Temperatur zwischen 500 und
12000C erhitzt, wobei man Tonerde-Agglomerate
erhält, die eine Oberfläche von 40 bis 10Om2Zg
besitzen und schließlich die eben genannten Agglomerate mit einer Palladium-Verbindung
mischt und zuletzt auf 300 bis 6000C erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den solchermaßen erhaltenen
Katalysator anschließend mit Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 20 und 200° C behandelt.
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