DE2157447A1 - Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen

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DE2157447A1 DE19712157447 DE2157447A DE2157447A1 DE 2157447 A1 DE2157447 A1 DE 2157447A1 DE 19712157447 DE19712157447 DE 19712157447 DE 2157447 A DE2157447 A DE 2157447A DE 2157447 A1 DE2157447 A1 DE 2157447A1
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Description

Patentassessor Hamburs;, a en 5. 11« 1971
Dr. G-. Schupfner Ϊ 71 068 (D 71,919-I1)
DEUiDSGHE TEXACO AG 769/Srao
2000 Hamburg 76,
Sechslingspforte 2
TEXAGO DEVELOPMENT CORPORATION 131S East 42na Street,
New Toric. N. X. 10017
USA
Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung "betrifft in weiterer Ausbildung des Verfahrens nach Patent Nr. ..... (Anmeldung erfolgte am gleichen Tage, internes Aktenzeichen T 71 063) ein Verfahren zur Umwandlung paraffinischer Kohlenwasserstoffe mit mindestens 7 C-Atomen in wertvollere Produkte. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur katalytisehen Umwandlung von Paraffinkohlenwasserstoffen unter kontrollierten T emp era tür be ei ingungen in stark verzweigte Kohlenwasserstoffprodukte.
Die am gleichen Tage erfolgte Anmeldung (internes Aktenzeichen T 71 063) betrifft ein Verfahren zur Umwandlung paraffi*?! scher Kohlenwasserstoffe mit mindestens 6 C-Atomen.
Das Umsetzen von Paraffinkohlenwasserstoffen mit mindestens 7 C-Atomen mit Viasserstoff und einem durch Chlorid aktivierten platinierten Aluminiumoxidkatalysator resultiert in einer wesentlichen Crackung, begleitet von einer Isomerisierung, was zu stark verzweigten, gesättigten, niedriger siedenden Kohlenwasserstoffen führt. Im Falle von Kohlenwasserstoffen, öit höher als die Heptane sieden, wird die Isomerisierung von einer beinahe vollständigen Umwandlung in stark verzweigte, { eoättigte, niedriger siedende Produkte begleitet. Während des Verlaufes der Umwandlung, die unter Verwendung eines durch Chlorid aktivierten platinierten Alurainiutnoxidkatalysators durchgefühlt
209825/0981 BAD ORIGINAL
— ρ —
wird, wird die Umwandlung von or,-C.,,.-Paraffinen anfänglieh durch im wesentlichen Craekung und Hydrierung zu stark* -verzweigten Kohlenwasserstoffen "bestimmt. Innerhalb eines kurzen Zeitraumes verläuft die Hydrocrackreaktion jedoch stark exotherm, was zu einem schnellen Temperaturanstieg führt und Anlaß zu "beschleunigter Crackung gibt, wodurch schließ;.ich unkontrollierbare Temperaturen, Reaktionen und schnellt? Eatalysatordesaktivierung infolge Kokgablagerung auf dem Katalysator auftreten. Aus dem US-Patent No. 3.242.229 ist e\n Mittel zur Kontrolle der Exothermic der Reaktion bekannt. Dieses wird durch Eingabe eines isoiaerisierbaren Kohlenv/ar sex stoffes mit höchsteiis 6 C-Atomen in das Ausgangsmaterial, weichen einen weiteren Kohlenwasserstoff mit mindestens 7 -C-JItomen enthält, erreicht, wodurch die exotherme Wärme der Hydrocrackreaktion aufgenommen wird, Reaktion und Temperatur kontrolliert werden und sich größere Ausbeuten isomerer Pxodulite ergeben. Während sich ein derartiges Verfahren vorteilhaft auf die Temperaturkontrolle auswirkt, führen die in diesem Verfahren notwendigerweise verwendeten Mittel, d.h., die Eingabe wesentlicher Anteile eines Verdünnungsmittels, zu einer wesentlichen Beeinflussung der schließlich gewünschter· Produktverteilung. Wenn im wesentlichen unverdünnte Ausgangsmaterialien, die aus Paraffinkohlenwassei'stoffen n.it mindestens 7 C--Atomen zusammengesetzt 3ind, zur Verarbeitung gesucht wurden, standen bisher doch keine geeigneten Mittel zur Kontrolle vcn Temperatur, Reaktion und Katalysatorlebensdauer zur Verladung.
Es wurde nun gefunden, daß eine Kontrolle von Temperatur und Reaktion in einem Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren erreicht werden kann. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Kohlenwasserstoff umwandlung, indem nach Patent Ιίο. .
(Anmeldung erfolgte am gleichen Tage, internes Aktenzeichen T 71 063) ein paraffin!οeher Kohlenwasserstoff mit Viasserstoff, einem Katalysator, ae^ Aluminiumoxid ,Halogen und ein Metall der Gruppe VIIB oder VIII des PSE enthält, und einem Kohlenstoffoxid umgesetzt wird, dadurch
BAD ORIGINAL 209825/098 1
A _
g e k ennscichne t , Cnisl 1Ja on er ε toff, "Kohlenmonoxid ,, ein Paraifiiii'Johlenv/p.f-if-cPotoff mit mindestens 7 C-Atomon und ein Katalyea!-.Oj% der hauptsächlich Platin, Aluminiumoxid und Chlor enthalt, i?j?cjnGct:5t worden.
Die vorteilbuftoir 3"infHisse auf die Reaktion durch. CO-Zusats waren unerwartet, wurde docli CO lange Zeit als starkes Gift für Plat:uir.;etalllrat'tJ.ysatorc.rj angesehen. Trotz der "bekannten sehällicben· CO-Einflüsse "bietet die Zugabe geringer CO-Mengen im Verlauf .der Umwandlangsre riet ion von Paraf f iiikob.1 enwasserötoffin die Köglicbkeit, zu einer Kontrolle der Reaktionstemperatur und Selektivität bezüglich der gewünschten Produkte zu gelangen, während gleichzeitig der Katalysator eine 1angere "Lehen&dauer und Verweilzeit ira Verfahren erfährt.
Gemäß dieser Erfindung wird die Umwandlung "bei iemperatureri von etwa 9T· - 2040C, vorzugsweise 121 - 1770C, R-Z-G (Raum-Zeit-Geschv/indigkeiten = LHSV, liquid hourly space velocities) von etwa 0,1 - 5>O, vorzugsvfcise 0,5 - 2,0 und "bei molaren Verhältnissen von Wasserstoff zu Kchlenv/asserstoff von etwa 0,1 : ' - Γ>,0 : 1, vorzugsweise .1 : 1 - 3 : 1* durchgeführt» Per im Verfahren verwendete Katalysator besteht hauptsächlich aus Platin, Aluminiumoxid und 3»0 - 15»0 Gew*-/S Chlor, wobei das Platin tibiichemieise in einem Anteil von etwa 0,1 - 10,0 Ge\{.-?of vorzugsweise 0,5 - 2,0 Gew.-5i, vorhanden ist. Der Katalysator wird in bekannter Weise durch Vermischen des PIatiiio mit Aluminiumoxid und Aktivieren der Mischung durch Umsetzen mit einem organischen Chlorid-haltigen Aktivierungsmaterial oder Kombinationen von Aktivierungsmaterialien, wie sie in cen US-PstentaiüT.eldungen Hos. 419.755 vom 21. 12. 1964, 810.031 vom 24. 3- 1969 und 812.914 vom 2. 4. 1969 beschrieben sind, hergestellt·. Genäß diesen Patentanmeldungen wird der Katalysator hergestellt, indem eine Chloriexnmg der Platin-Aluminiumoxid-Il.i schungMt einem organischen Chlorid-haltigen Aktiv j erungs-
20982 5/0981
BAD ORIGINAL
•ν — 4 ~
mittel, wobei das Aktivierungsmittä. ein Chloralkan oder ein Säurechlorid oder andere ChI orierungs syst eine darstellt, unter Bedingungen erfolgt, die die Reaktion, von mindestens einem Teil des Aktivierungsmittels mit mindestens einer Komponente der obigen Mischung herbeiführen, so daß die Mischung katalytisch aktiviert ist und einen Chlorgehalt von etwa 3,0 - 15,0 Gew. -io aufweist -
Y/ie oben ausgeführt, stellt die CO-Eingabe während der Umwandlungsreaktion ein Mittel zur Kontrolle der Verfahrens temperatüren dar, wobei gleichzeitig die Katalysatorselektivität auf die gewünschten Produkte ausgerichtet, die Katalysatoraktivität aufrechterhalten wird und der Katalysator im wesentlichen frei von schädlichen Katalysatorablagerungen bleibt. Eine Viela^hl von Kohlenvrasserstoffausgangsmatcrialien kami eine verschiedengradige Umwandlung , einschließlich Hydrocrackimg und Isomerisierung, unter den angegebenen Verfahrensbediiiguiigen erfahren. Beispielsweise können Paraffine wie Normalheptan selektiv zu Propan und Isobutan hydrog-ecrackt oder zu Isoheptanen isomerisiert werden. Iformaloktane können selektiv su Mischungen aus Propan, Isobutan und Pentanen hydrogecrackt werden» Isooktane können selektiv zu vorwiegend Isobutan hydrogecrackt werden. Honan kann zu Isobutan, Pentan, Isopentan und Hexanen gecrackt werden. Decan liefert nach der Hydrocraekung Isobutan und Hexane. In ähnlicher Weise können Paraffinkohlenwasserstoffe mit mehr als 10 C-Atomen hydrogecrackt und isomerisiert werden zu Propan, Isobutan, Butan, Isopentan und Hoxanen.
Extrem niedrige, im Verlauf der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen zugegebene C0~Mengen, so wurde gefunden, rerfüllen die Funktion von Temperatur-, Selektivitäts- und Aktivitätskontrcl-Ie und halten den Katalysator von Koks relativ frei. Der CO-Anteil, der vorteilhafterweise verwendet und im Verlauf der Umwandlungsreaktion zugegeben v/ird, liegt bei 1 χ 10 5 χ 10"*^ Gramm-Mol CO/Stunde/Gramm Katalysator, vorzugsweise bei 1 χ 10 - 5 x 10~5 Gramm-Mol CO/Stunde/Gramm Katalysator. Bei der Ermittlung des der einzelnen Reaktion zuzugebenen CO-
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Anteiles wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit der CO-Zugabe von der Reaktionstemperatur abhängig ist. So werden höhere CO-Anteile benötigt, 'um höhere Reaktionstemperaturen -zu kontrollieren, während niedrigere CO-Anteile (s.o.) die gleiche Punktion bei niedrigeren Temperaturen erfüllen. CO-Anteile von 1 χ 10" - 1 χ IO■ Gramm~lTol CO/Stunde/Gramm katalysator sind bei Umwandlungstemperaturpn von 930G ausreichend, während CO-Anteile von 1 χ 10~^ --5 χ 10~^ Gramm-Mol CO/Stunde/ Gramm Katalysator bei etwa- 204-0C notwendig sind. In ähnlicher Weise hängt die CO-Eingahe vom Proζentgehalt Chlor im Katalysator ab. Ein Katalysator, der weniger als a. B. 3,0 Gew.-^ Chlor enthält, benötigt weniger CO zur Reaktionsköntrolle als ein Katalysator, dessen. Chlorgehalt bei 15,0 Gew.-5& liegt* Hier werden höhere CO-Anteile benötigt.Ein entscheidender Paktor bei der Auswahl der Geschwindigkeit:der CO-Eingabe ist die C-Zahl des Ausgangsmaterial.s, wobei v;eniger CO benötigt wird, wenn das Ausgangsmaterial aus niedermolekularen.Paräffinen, z. B. Heptan, besteht, während steigende GO-Mengen benötigt werden, wenn das Molekulargewicht des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials ansteigt, z.B., wenn das Ausgangsmaterial ein Paraffinwachs mit 27 C-Atomen enthält. Mischungen von C7 und
höheren Kohlenwasserstoffen bis zu Q^j oder andere Kohlenwasserstoffmischungen mit C7-C^-Paraffinen, wie z. B. Udex-Räffinate und schwere Straight-run-3?raktionen mit Anfangssiedepunkten von etwa 930C und Endsiedepunkten von etwa 2040C, können gemäß dieser Erfindung selektiv hydrogecrackt und iso-merisiert werden. Mitteldestillate nit C^-C^Q-Paraffinen und AnfangsSiedepunkten von etwa 2040C unü Endsiedepunkten von etwa 3160C können selektiv hydrogecrackt werden unter Bildung von n- und iso-C^-Cg-Benzinmischungskomponenten. Ein bevorzugtes Verfahren beinhaltet das selektive Hydrocracken von C7-C10 -Paraffinen unter Umwanrüungsbedingungen von 135 - 1770C, 7 21 kg/cm2 uad H2-Geschwindigkeiteü von etwa 113 m5/O,159 m5 Charge (4OOO cubic feet per barrel of charge).
Die Endprodukte der Umwandlun^'sreaktion können durch Variieren der CO-Zugabegeschwindigkeit eingestellt werden, wobei höhere CO-Konzentrationen die Isomerisierung fördern, während niedri-
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■ _ 6 -
gere CO-Konzentrationen das Hydroeracken begünstigen. Wasser-
ο
stoffdrucke von 7-70 kg/cm können.angewendet werden, jedoch hat, wie gefunden wurde, der Wasserstoffdruck nur geringen Einfluß auf das Verfahren. Ein übliches Mittel zur -CO-Ein. gab θ in die Reaktionszone besteht in einer CO-Zugabe in den EL-Stroia, bevor der letztere in die Reaktionskaimnc-r einströmt. Die CO-Zugabe kann kontinuierlich oder alternativ hierzu schubweise oder intermittierend erfolgen, wobei die Zugabe · im Bereich 1 χ 10*"^ - 5 x 10"^ Gramm-Mol CO/Stunäe/Grainm Katalysator liegt.
Zur v^eit er en Veranschaulichung der Erfindung dienen die nach- ^ folganden Beispiele.
Beispiel I
675 Gramm eines käuflichen Katalysators mit 0,6 Gew.-^ Platin auf eta-Aluminiumoxic!- in Form von 1,59 mm extrudierter Partikel - wurden bei 5660C getrocknet und anschließend mit 92,5 Gramm OCl. bei 2600C umgesetzt. Der resultierende chlorierte Platin-Aluminiumoxid-Katalysator wurde durch zvireistündiges Erhitzen auf 5380C stabilisi
Platin und 6,9 Gew.-^ Chlor.
Erhitzen auf 5380C stabilisiert und enthielt 0,55 Gew.-
Der Katalysator wurde in der n-Hexan-Isomerisierung bei Standardbedingungen - 135°C, 21,1 kg/cm2, 1 RZG^ 5,2 : 1 Mol-Verhältnis Hg ; Kohlenwasserstoff - getestet, und es wurde gefunden, daß er hochaktiv war, da 87 $> der Charge in Hxanisomere umgewandelt worden waren.
* (Volumen flüssige Charge/Volumen Katalysator/Stunde) Eine andere Probe des obigen Katalysators wurde in der n-Heptan-Isomerisierung bei 135°C, 21,1 kg/cm2, 1 RZG und 3,2 : 1 Mol-Verhältnis Hp ϊ Kohlenwasserstoff geprüft. Es wurde eine stark exotherme Reaktion beobachtet und eine Kontrolle der Reaktionstemperatur konnte nicht erreicht werden. Die Überprüfung wurde ohne Wärmezufuhr wiederholt. Innerhalb kurzer Zeit trat eine Temperatur von 199°C auf, und die n-Heptan-Charge wurde hauptsächlich zu Propan und Butanen gecrackt.
209825/098 1 bad original
Der Katalysator selgto innerhalb 20 Stunden eine merkliche De aale t iν i erung <■
AiGitere Eatalytsatorprooen wurden in der n-Ife-ran- und n-Heptan·- Isoraerisiermig "bei den obigen Verfahrensbedingungen und in Gegenwart von 2,3 χ 10"" Gramm-Fiol CO/Stunde/Gramm Katalysator unter-pucht. In jedem Pail vmrcl.e das Außgangsinaterial nicht umgGv.'andelt und nicht gecraclct.
Il
Der Katalysator des Beispieles I wurde zur Isomerisierung von n-IIeptaii bei 1350C, 21 ,1 leg/cm2, 1 RZG und 4,8 : 1 Mol-Verhältnis H9 : Kolilc-nwasαei'ötoff verwendet. CO wurde mit-einer durchschnittlichen Geschwind.!^lreit von .etwa 2,0 χ 10 Gramra-MoI CO/Stunde/G ramm Katalysator in den Roalrtor 1 Stunde lang bei 4-Stunden-Intervallen eingegeben. Me Ergebnisse gibt die Tabelle 1 wieder.
.:■:.:...;-...-^^1, BAD ORIGINAL 209 82 5/098 1.
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209825/0981
BAD ORIGINAL
O .-
Die; CO-Zaigabe resultiert in einem kontinuierlichen Anwachsen . in der Gesamtausbeute flüssiger Isomerer.· Es wurden 38,5$ erreicht. Der Moderatorentzug macht sich in einer zwischenzeitlichen Ahnahme der Flüssigkeitsausbeute bemerkbar·., Es■ wuvden dann Propan und leichtere Produkte in einer Ausbeute von etwa 85$ erhalten, 16 Stunden nach dein GO-Ent&ug.
¥urde die CO-Konzentration auf etwa 4,9 x 10~b Gramm·-Mol CO/ Stunde/Gramm Katalysator gesenkt, ergab sich eine 99 Gew.-$ Umwandlung von n-Heptan unter Hydro crack en in 49»"· Gew.-$ Propan, 48,0 Gew.-$ Isobutan, 1,4 Gew.-$ n-Butan, 1,4 G-ew.-^ isopentan und 0,1 Gew.-$ n-Peiitan (bezogen auf Hg-freiesJ Material). Die Reaktionstemperatur wurde Mcht bei 1350G gehalten.
Beispiel III
Der. Katalysator aus Beispiel I wurde zum Hydrocracken von Isooktan mit den Verfahrensbedingungen des Beispieles II verwendet. CO wurde im Gemisch mit dem Hp-Strom mit einer Geschwindigkeit von 4,9 x 10 Gramm-Mol CO/Stunde/Gramm Katalysator eingegeben.. Innerhalb einer 6-Stunden-Periode war das Isooktanausgangsmaterial in 1,3 Gew.-$ Propan, 96,4 Gew.-$ Isobutan, 2,2 Gew.-$ Butan und 0,2 Gew.-$. Isopentan umgewandelt worden. Die Temperatur wurde auch hier leicht bei 135°C gehalten.
Beispiel IT :
77 Gramm eines Katalysators, der 0,6 Gew.-$ Platin und 4,5 Gew.-$
209825/0981
BAD ORIGINAL
Chlor auf Aluminiumoxid enthielt, wurde zur Isomerisierung von n-Oktan in Gegenwart wechselnder CO-Mengen (in Gramm-Mol CO/ Stunde/Gramm Katalysator) eingesetzt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
TABELLE
Versuch 3Jr.
Temperatur, C 1 "3
H2-Druck, kg/cm2 21,1 H2-Geschwindigkeit, m^/Stunde 0,0566
RZG 1 ,0
flüssige Charge. Gramm
Plüssigkeitswiedergewinnung,
Gramm 45 212
Produktanalyse, Gew.-^
2 245
135 ίο-6
21 ,1
O ,04
9,9 χ
1 .0
265
5 11-C5 1-C6 n-06 1-O7
schwerer
Die Tabelle 2 zeigt, daß das CO ein hoch selektives Verfahren zur Umwandlung von n-Oktan in Isooktan mit 52,1 Gew.-^ ermöglicht.
209825/0981 BAD ORIGINAL
9,7 2,3
57,0 25',7
4,8 2,6
3,6 3,5
0,4 Spuren
12,2 0,2
2,3 Spuren
0,6 _H_
Spuren _"_
7,6 -... 52,1
0,1 25,6
1,7
~ 11 -
Beispiel V
77 Gramm des Katalysators aus Beispiel IT wurden zur selektiven Hydro cra-clrung von n-Qktaji "bei -YerfabrenGbeaihgui^ert gemäß Beispiel II eingesetzt. CO wurde der Reaktion im" Gemisch mit einem Hp-Stroüi· ruit' einer Se schwind iglce it von 3>2 χ 10" Gramm-Hol CO/Stunde/Grajcm Katalysator für 2 Stunden zugeführt. Ülaer 4 Stunden vmrds die' UmwanäluiigsteEpratur leicht bei 135°C geha-ltcn. Daß n-Olrtan-Ausgangsrnaverial wurde- in 7»6 Gevr.-55 Propan, 77,0 Gew.-^ Isobutan-, 7,8 Gew.-?b n-Butan, 7,4 Sew.-^ Isopentan und 0, 3 Gew*-^ r.-Pentaii umgewandelt. .
RAD 209825/0981 BAD

Claims (8)

  1. _ -j 2 —
    £ 71 063 (B 71,919·-?)
    Pat e η t a η s ρ r ii c Ix e . . .
    Verfahren zur Kohlenwasserstoffuiawanölung, indem nach. Patent l\Tr. ...... (Anmeldung erfolgte am gleichen Tage, internes Aktenzeichen T 71 063) ein paraffin!scher Kohlenwasserstoff mit Wasserstoff, einem Katalysator, der Aluminiumoxid ,Halogen und ein Metall der G-ruppe VIIB oder VIII des PSE enthält, und einem Kohlenstoffoxid umgesetzt wird,dadurch gekennzeichnet f daß Wasserstoff, Kohlenmonoxid„ ein Paraffiiikohlenwasserctoff mit mindestens 7 C-Atomen und ein Katalysator, der hauptsächlich Platin, Aluminiumoxid und Chlor enthält, umgesetzt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß Kohlenmonoxid mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 χ 10"*' bis 5 x 10 Gramm-Mal/Stunde/Gramm Katalysator, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 χ 10 bis 5 x 10~5 Gramm-Mol/Stunde/Gramm Katalysator, eingeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d?ß bei einer Temperatur von etwa 93 - 2040C, vorzugsweise 121 - 177°C, gearbeitet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet , daß mit einem Katalysator, der etwa 3,0 - 15,0 Gew.-^ Chlor enthält, gearbeitet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Raum-Zeit~Geschwin3igkeit von 0,1 - 5>Q umgesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß mit einem Paraffinkoh^- lenwasserstoff, der 7 - 27 C-Atome, vorzugsweise 7-10
    209825/09StOV ' ,, bad OR,eIWL
    ■ 215m?
    C-Atome, aufv/eist,- gearbeitet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, daß mit n-Heptan, n-Oktan oder Isooktan als Paraffinkohlenwasserstoff gearbeitet wird. .
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anbrüche, d a ..-durch, gelee η 2i-zeichnet , daß bei eniera Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff von etwa 0,1 ϊ 1 bis 5,0 : 1 umgesetzt wird.
    BAD ORIGINAL
    209825/0981
    tff
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