DE2162442A1 - Katalytisches Reformierverfahren - Google Patents

Katalytisches Reformierverfahren

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DE2162442A1 DE19712162442 DE2162442A DE2162442A1 DE 2162442 A1 DE2162442 A1 DE 2162442A1 DE 19712162442 DE19712162442 DE 19712162442 DE 2162442 A DE2162442 A DE 2162442A DE 2162442 A1 DE2162442 A1 DE 2162442A1
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    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

Esso Research and Engineering Co. (US 102 208
Prio 28.12.1970 - 8820)
V»
Linden, New Jersey/V. St. A.
Hamburg, lh. Dezember 1971
Katalytisches Reformierverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein katalytisches Reformierverfahren und insbesondere auf das Reformieren von. Naphthaeinsatzmaterial mit einem Siedebereich von 26,7 bis 232°C
und einem Gehalt an Naphthenen, Paraffinen und Aromaten in
einem Kombinationsverfahren, bei dem das Einsatzmaterial in einer Eingangsreaktionszone mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines Katalysators in Kontakt gebracht wird, der Platin und ein Metall der ersten Nebengruppe des
periodischen Systems der Elemente (Ib) auf einem Träger aus wärmebeständigem oxidischem Material enthält und anschließend in eine Endzone leitet, wo das Einsatzmaterial wiederum mit einem Katalysator in Kontakt gebracht und dabei weiter umgesetzt wird, wobei ein Produkt mit hoher Oktanzahl erhalten
wird. Vorzugsvreise wird als Metall der ersten Nebengruppe
Kupfer eingesetzt.
Bei den bekannten katalytischen Reformierverfahren wird eine Naphthafraktion, wie beispielsweise rohes Naphtha, gecracktes Naphtha oder nach dem Fisher-Tropsch-Verfahren erhaltene
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' Naphthafraktionen mit einem festen Katalysator in Berührung gebracht. Als Katalysator wird gewöhnlich ein Edelmetall-Katalysator, wie Platin auf Tonerde, verwendet; hierbei wird mit erhöhten Temperaturen und Drucken in Gegenwart von zugesetztem oder umgewälzten Wasserstoff gearbeitet. Der Wasserstoff ist wesentlich, da er die Deaktivierung des Katalysators unterdrückt. Bei dem Verfahren werden erhebliche Mengen an Was- ^ serstoff erzeugt, der dann wieder zur Unterdrückung der Deaktivierung des Katalysators im Kreislauf mitgeführt wird. Die Deaktivierung des Katalysators wird mindestens teilweise durch die Kohlenstoffbildung verursacht.
Die Umsetzungen bei einem katalytischen Reformierverfahren sind:
1. Dehydrierung der Naphthene zu den entsprechenden aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie von Cyclohexan zu Benzol;
2. Isomerisierung von normalen Paraffinen zu verzweigkettigen Paraffinen oder Isomerisierung von Ringverbindungen, wie von Äthylcyclopentan zu Methylcyclohexan, wobei letzteres leicht zu Toluol dehydriert wird;
3. Dehydrocyclisierung von Paraffinen zu Aromaten, wie beispielsweise von n-Heptan zu Toluol;
*1. hydrierendes Cracken der höher siedenden Bestandteile.
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Katalytisch^ Festbett-Reformierverfahren können entweder nichtregenerativ, halb-regenerativ und zyklisch durchgeführt werden. Diese drei Verfahrensarten unterscheiden sich deutlich darin, daß man beim zyklischen Verfahren einen Wechselreaktor verwendet, der so aufgeteilt ist, daß jeder einzelne Reaktor innerhalb des Systems ersetzt wird, damit der ersetzte Reaktor regeneriert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit allen Reformierverfahren durchführen.
Zur katalytischen Reformierung von Naphtha-Einsatzmaterial werden zahlreiche Katalysatoren verwendet, wobei einer der gebräuchlichsten Katalysatoren ein auf äußerst reinem Aluminiumoxid dispergierter Platinkatalysator ist, wobei man das Aluminiumoxid aus Aluminiumalkoholat erhalten kann, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 2 636 865 beschrieben ist. Ferner können auch andere Verbindungen der Platingruppe, wie Palladium oder Rhodium verwendet werden. Der Tonerdeträger soll eine große Oberfläche von mehr als 50 m /g haben und soll saure Eigenschaften besitzen und muß frei von alkalischen Verunreinigungen sein.
Das Reformiersystem kann als aus zwei getrennten Reaktionszonen bestehend betrachtet werden. In der Eingangszone erfolgt in erster Linie eine Dehydrierung und Isomerisierung der Naphthene, während in dem Endbereich eine Dehydrocyclisierung und ein hydrierendes Cracken vorherrscht.
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Bei den üblichen Reformierverfahren werden drei bis vier Reaktoren in Serie geschaltet, die zusammen sowohl die Eingangsreaktionszone als auch die Endzone bilden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die ersten 1, 2 oder 3 Reaktoren die Anfangsreaktionszbne bilden, während der oder die übrigen Reaktoren dann den Endbereich bilden. Man war im allgemeinen der Ansicht, daß Platin auf Tonerde-
) katalysatoren die besten Katalysatoren für die Reaktionen in der Eingangszone sind, und es sind zahlreiche Versuche durchgeführt worden, um die Wirksamkeit von Naphtha-Reformierverfahren zu verbessern, und zwar um Katalysatoren zu finden, die hinsichtlich der Reaktion im Endbereich eine bessere Wirksamkeit zeigen. Kit Platin auf Tonerdekatalysatoren wird aber ein erheblicher Anteil der Alkylcyclopentane aus dem Naphtha-Einsatzmaterial in der Eingangsreaktionszone einer Hydrogenolyse oder hydrierendem Cracken ausgesetzt, so daß
* die Selektivität der Umwandlung der Alkylcyclopentane zu Aromaten mit der gewünschten höheren Oktanzahl begrenzt ist.
überraschenderweise wurde nun gefunden, daß durch Ersatz des bekannten Platinkatalysators durch einen aus zwei Metallen bestehenden Katalysator aus Platin und einem Element der ersten Nebengruppe des periodischen Systems für die Eingangsreaktionszone bei einem Reformierverfahren die Selektivität der Umwandlung von Alkylcyclopentan zu Aromaten mit höherer Oktanzahl erheblich steigert.
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Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren bestehen aus Platin und einem Metall der Gruppe Ib auf einem Oxidträger. Als Metall der Gruppe Ib wird vorzugsweise Kupfer und als Träger Tonerde, Kieselsäure/Tonerde, Kristallinaluminiumsilicate und Halogen enthaltende Tonerde verwendet. Der Träger ist gewöhnlich sauer und hat eine große Oberfläche
von beispielsweise 50 bis 300 m /g. Der Träger kann ferner kleine Mengen Halogen, d. h. Chlor und Fluor enthalten, um saurer zu wirken. Das Halogen kann dem Träger bei der Herstellung des Katalysators zugesetzt werden oder kann dem Katalysator in situ im Reaktor zugegeben werden.
Das metallische Platin macht etwa 0,05 bis 2,0, vorzugsweise 0,1 bis 0,6 und insbesondere 0,25 bis 0,35 Gew.% des gesamten Katalysators aus. Das Metall der ersten Nebengruppe macht 0,05 bis 2,0 Gew.% des gesamten Katalysators aus. Bei Kupfer liegt der bevorzugte Bereich zwischen 0,1 und 0,6 und insbesondere bei 0,25 bis 0,35 Gew.35. Der Rest des Katalysators besteht aus dem Trägermaterial bzw. Halogen. Der Halogengehalt kann von 0,1 bis 2,0, vorzugsweise von 0,3 bis 1,0, Gew.? des gesamten Katalysators schwanken.
Der Katalysator kann durch Imprägnieren des Trägermaterials mit löslichen Platinsalzen und Salzen der Metalle der ersten Nebengruppe hergestellt werden. Vorzugsweise verwendet man als Imprägnierlösung eine wässrige Lösung von Chlorplatinsäure
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und ein Salz wie Kupfernitrat.
Die überraschende Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch nicht ganz geklärt; jedoch wird angenommen, daß die hydrogenolytische Wirkung oder die Crackaktivität des Katalysators durch Zusatz des Metalles der ersten Nebengruppe inhibiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren v/erden mit Erfolg als Einsatzmaterial Naphthafraktionen verwendet, also Frdölfraktionen mit einem Siedebereich zwischen 26,7 und 232°C, vorzugsweise zwischen 48,9 und 2O4°C, die paraffinische, naphthenische und aromatische Kohlenwasserstoffe enthalten. Im allgemeinen enthält das Naphthaeinsatzmaterial 15 bis Gew.? Paraffine, etwa 15 bis 75 Gew.% Naphthene und etwa 2 bis 20 Gew.# Aromaten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren enthält das Naphtha-Einsatzmaterial 0 bis 15 und vorzugsweise 0 bis 5 Gew.% Naphthene beim Verlassen der ersten Reaktionszone, während der Rest aus Aromaten und Paraffinen besteht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Reformiersystem zu verwenden, bei dem man eine maximale Ausbeute an einem Endprodukt mit hoher Oktanzahl aus jedem beliebigen Einsatzmaterial dieser Art erhält.
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Die Reaktionsbedingungen in der Eingangsreaktionszone und in der Endzone können erheblich schwanken und liegen beispielsweise zwischen 0 und 63, vorzugsweise zwischen 1 und 1J2 und insbesondere zwischen 3>5 und 35 atü. Die Temperatur kann zwischen 316 und 566, vorzugsweise zwischen 399 und 538 und insbesondere zwischen 460 und 527°C liegen. Die betreffende Temperatur und der gewählte Druck hängen natürlich von dem betreffenden Einsatzmaterial ab.
Der Wasserstoff wird in einer Menge von 0 bis ^424 500 Litern, vorzugsweise in einer Menge von 28 300 bis 283 000 und insbesondere von 56 600 bis I69 800 Litern je 0,159 m5 Einsatzprodukt unter Standardbedingungen verwendet.
Der Durchsatz, berechnet als ^53 g Einsatzprodukt je Stunde je ii53 g Katalysator, hängt von der Aktivität des Katalysators, der Art des Einsatzmaterials und der gewünschten Oktanzahl des Endproduktes ab. Der Durchsatz liegt gewöhnlich zwischen 0,2 bis 20, vorzugsweise 0,5 bis 10 und insbesondere zwischen 1 bis 5 Gewichtsteilen je Stunde je Gewichtsteil Gesamtkatalysator im System.
Vorzugsweise wird der Katalysator in Form von Körnern oder Extrudaten mit einem Durchmesser von 1,5 bis 6,3 mm verwendet.
Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird ein System von vier Reaktoren verwendet, wobei der dritte und vierte Reaktor als Endzone als Katalysator Platin auf einem Tonerdeträger enthält. Der Katalysator enthält ungefähr O3I bis 1,0 Gew.% Platin, während der Rest Tonerde und Halogen ist, und zwar 0 bis 2,0 Gew.% Halogen. Der Katalysator wird durch Imprägnieren der Tonerde mit einer wässrigen Lösung Chlorplatinsäure hergestellt, anschließend bei 104 bis 121°C getrocknet und anschließend bei 204 bis 600°C kalziniert. Der fertige Katalysator wird zu Tabletten mit einer Größe von 3 mm verarbeitet und in den Reaktor gegeben. In den ersten beiden Reaktoren, d. h. im Eingangsbereich befindet sich der erfindungsgemäße Katalysator, der aus 0,3 Gew.% Platin und 0,3 % Kupfer auf Tonerde.besteht. Der fertige Katalysator wird ebenfalls in Form von zylindrischen Tabletten mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Die Menge des Katalysators, die in die ersten beiden Reaktoren gegeben wird, beträgt P etwa 25 bis 75 Gew. 3» des in allen Reaktoren verwendeten gesamten Katalysators. Als Einsatzmaterial wird eine Naphthafraktion verwendet, die zwischen 48,9 und 20i}°C siedet und die etwa 15 bis 75 Gew.% Paraffine, 15 bis 75 Ge\i.% Naphthene und etwa 2 bis 20 Gew.% Aromate enthält. Der Durchsatz des Einsatzmaterials beträgt 225 bis 4500 g Einsatzmaterial je Stunde je 1JSO g Gesamtkatalysator im System. Die Reaktor- ' temperatur beträgt 371 bis 538°C, während der Druck bei 7 bis 35 atü liegt. Die Umwälzceschwindi.Tkeit des Wasserstoffs
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liegt bei 28 300 bis' 283 000 Liter je 0,159 m3 Einsatzmaterial.
Das aus den ersten beiden Reaktoren austretende Produkt enthält 2 bis 15 Gew.% Naphthene, während' der Rest aus Paraffinen, und zwar normalen und Isoparaffinen, und ferner aus Aromaten besteht.
Nach Durchleiten des Produktes durch den dritten und vierten Reaktor mit dem Platinkatalysator wird das Produkt in zwei Fraktionen aufgetrennt, von denen die eine Cj- und höhere Kohlenwasserstoffe enthält, während die andere C ^ und niedrigere Kohlenwasserstoffe enthält.
Die Cr-+ Fraktion enthält 60 bis 80 Gew.% Aromaten oder mehr mit Oktanzahlen im Bereich von 90 bis 105 oder höher.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung ferner verdeutlichen.
Beispiel !-Umwandlung von Naphthenen in Aromaten Um die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Katalysators bei der Umwandlung von Alkylcyclopentanen in Aromaten zu zeigen, wurde als Modellverbindung Methylcyelopentan in Benzol mit einem Pt/Cu-Katalysator und einem Standard-Pt~Katalysator umgewandelt. Dieser Versuch verdeutlicht die in der Eingangszone
- ίο -
ablaufende Reaktion 'eines katalytischen Reformverfahrens.
Reaktionsbedingungen:
Temperatur 454°C
Druck 14,1 atü
Molverhältnis H3/
Methylcyclopentan 5 : 1
Umwandlung 30 bis 40 %
Einsatzprodukt Methylcyclopentan
Versuch Katalysator- Selektivität für zusammensetzung Benzol ^__
A 0,3 Gew.% Pt auf Tonerde 27,0 %
C 0,3 Gew.? Pt ρ Tonerde π O %
0,3 Gew. % Cu aui lonerde i>i>»° h
D 0,3 Gew.? Pt -IRn^
W 0,6 Gew.? Cu lö'° "
Die Herstellung des beim Versuch C verwendeten Katalysators erfolgte dadurch, daß entsprechende Mengen Chlorplatinsäure und Kupfernitrat in einer Menge von 0,06 g Pt und 0,06 g Cu in insgesamt 13 ml Wasser aufgelöst wurden. 20 g eta-Al„Ov wurden mit dieser Lösung in Berührung gebracht und über Nacht bei 104 C vor Eingabe in den Reaktor getrocknet.
Optimale Ergebnisse werden erhalten, wenn man gleiche Gewichts-
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BAD ORIGINAL
- li -
teile Cu und Pt im Katalysator vorsieht. Unter diesen Bedingungen ist die Selektivität zweimal so groß wie bei einem Standard-Katalysator, der im Versuch A verwendet wurde.
Wenn man anstelle von Cu Ag oder Au bei den Versuchen B oder C einsetzt, so werden ähnliche Besultate erhalten, indem nämlich die Selektivität bei der Umwandlung von Methyleyelopentan zu Benzol größer als mit einem Standard-Katalysator gemäß Versuch A ist.
Beispiel 2 -
Zum Reformieren eines Naphtha-Einsatznaterials wurde ein Einsatzprodukt mit den folgenden Eigenschaften verwendet:
Sieöebereich 87,8 bis 157°C
Oktanzahl 55,7 RON
Paraffingehalt H6,H %
Naphthengehalt 32,7 %
Aromat engehalt 16,7 %
Die Reformierbedingungen waren wie folgt:
Temperatur 5O1J0C
Druck llj,l atü
Durchsatzgeschwindigkeit 6 Gew.Teile/Std./Gew.
Wasserstoffdurchsats 121 520 Liter je 0,159 m-5
Katalysator 0,3 % Pt und 0,3 % Cu auf AIpO,
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Das Reaktionsprodukt' hatte eine Oktanzahl von 84,5. Dieses Material wurde dann weiter verarbeitet im Endbereich bei einem Druck von 21,1 atü und bei 482 bis 5100G über einem üblichen Platin-Tonerde-Katalysator im Endbereich, wobei ein Produkt mit einer Oktanzahl von 98 und" höher erhalten wurde.
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Claims (1)

  1. 2162U2
    - 13 Ansprüche
    Verfahren zum Reformieren eines Kohlenwasserstoffeinsatzproduktes in Kontakt mit einem Katalysator und in Gegenwart von Wasserstoff bei Reforrnierbedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoffeinsatzprodukt mit einem Katalysator in Kontakt bringt, der Platin und ein Metall der ersten Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente enthält.
    2. Reformierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial in einer Eingangsreaktionszone in Gegenwart von Wasserstoff mit dem Katalysator aus Pt und dem Metall der ernsten Nebengruppe auf einem oxidischen Träger in Kontakt bringt und anschließend das Produkt in eine Endzone führt, in der das Kohlenwasserstoffeinsatzprodukt wiederum mit einem Katalysator in Kontakt und hierbei weiter umgesetzt wird.
    3« Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoffeinsatzprodukt eine Naphthafraktion mit einem Siedebereich von 26,7 bis 232°C verwendet, welche Paraffine, Naphthene und Aromaten enthält.
    Jj. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
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    die Naphthene in der Eingangsreaktionszone im wesentlichen zu Aromaten umgewandelt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als oxidischen Träger Tonerde, Kieselsäure/Tonerde, sauerbehandelte Tonerde oder Kristallin-aluminiumsilicate verwendet.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metall der ersten Nebengruppe im Katalysator-Kupfer verwendet.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    man einen Katalysator verwendet, der 0,05 bis 2,0 Gew.%
    Pt und 0,05 bis 2,0 Gew.% Cu enthält, während der Rest
    aus Trägermaterial besteht.
    8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß man in der Eingangsreaktionszone bei Temperaturen
    von 316 bis 5660C und Drucken von 1,05 bis 42,2 atü arbeitet.
    9. Verfahren nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzgeschwindigkeit des Einsatzmaterials in der Eingangsreaktionszone von 0,2 bis 20, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gewicht/Stunde/Gewicht betrögt.
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    BAD ORIGINAL
    10. Verfahren nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reformieren in Gegenwart von umgewälztem Wasserstoff in einer Menge von 28 300 bis 283 Litern unter Standardbedingungen je 0,159 m Naphtha-Einsatzprodukt durchführt.
    11. Verfahren nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeich-
    ■ net, daß man in der Endzone des Reaktors einen Katalysator verwendet, der aus Platin auf Tonerde besteht.
    ue: gü
    ?nqfili1 /Q91 1
    ORIGINAL INSPECTED
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