DE2315002A1 - Verfahren zur hydrierung von kohlenwasserstoffen - Google Patents
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Description
DIPL.-ING HANS "W. GPuEiING
DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN
PATENTANWÄLTE 4 U I
5. ttarz 1973
S/G 17-133
The Goodyear Tire & Rubber Company Akron, Ohio, USA
Verfahren zur Hydrierung von Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung von Kohlenwassserstoffen und befaßt sich insbesondere mit einem
Verfahren zur Hydrierung von Cyclopentadien zu Cyclopenten.
Die selektive Reduktion von Dienen zu Olefinen unter Verwendung eines Katalysators, der aus auf Aluminiumoxid abgeschiedenem
Palladium besteht, ist bekannt. Die meisten der bekannten Verfahren befassen sich mit der Hydrierung von
acyclischen Dienen, wie beispielsweise Butadien, Isopren und Piperylen. Die selektive Reduktion von Cyclopentadien
zu Cyclopenten unter Verwendung von Nickelkatalysatoren in Gegenwart von verschiedenen Verbindungen ist ebenfalls
Dereits bekannt. Wenn auch verschiedene Verfahren und Katalysatoren bekanntgeworden sind, so basiert dennoch das
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den meisten Erfolg versprechende, praktischste und wirksamste Verfahren auf der Verwendung eines Katalysators,
der aus auf Aluminiumoxid abgeschiedenem Palladium besteht»
Normalerweise wird bei der Hydrierung von Kohlenwasserstoffen die sogenannte "Rieselbettmethode" angewendet.
Bei der Anwendung der Rieselbettmethode zur Durchführung
einer Hydrierung wird der zu hydrierende Kohlenwasserstoff
in Abwärtsrichtung durch den Reaktor durch den Katalysator zusammen mit Wasserstoff rieseln gelassen. Der Vorteil der
Rieselbetthydrierungsmethode besteht darin, daß ein dünner Kohlenwasserstoffilm den Katalysator umgibt. Dieser dünne
Film läßt sich leicht mit Wasserstoff sättigen, so daß eine
maximale HydrierungsgesGhwindigkeit des Kohlenwasserstoffs möglich ist. Bis jetzt wurde kein Vorteil durch die Anwendung
der sog. "Flutungsmethode" erzielt. Die Unterschiede hinsichtlich
der Ergebnisse waren nicht bedeutend.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur selektiven Hydrierung von Cyclopentadien zu
Cyclopenten unter Verwendung eines Katalysators , der aus auf Aluminiumoxid abgeschiedenem Palladium besteht. Erfindungsgemäß
wird bei der Durchführung dieser Hydrierung eine hohe Selektivität an dem gewünschten Produkt angestrebt. Ferner
soll durch die Erfindung ein neues Hydrierungsverfahren geschaffen werden.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung des Verfahrens dar/ bei dessen Durchführung Cyclopentadien kontinuierlich zu.
Cyclopenten in der Weise reduziert wird, daß der Kohlenwasserstoff zusammen mit Wasserstoff über einen Katalysator
geschickt wird, der aus Palladium besteht, weiches auf Aluminiumoxid abgeschieden ist, und zwar bei Temperaturen von
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-IO C bis ungefähr 150 0C sowie Drucken von ungefähr
2
O bis ungefähr 70 kg/cm überdruck. Erfindungsgemäß besteht die Verbesserung darin, daß der Reaktor mit dem Cyclopentadienkohlenwasserstoff geflutet wird.
O bis ungefähr 70 kg/cm überdruck. Erfindungsgemäß besteht die Verbesserung darin, daß der Reaktor mit dem Cyclopentadienkohlenwasserstoff geflutet wird.
xäei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens des Flutens
des Bettes wird die Selektivität der Reduktion von Cyclopentadien zu Cyclopenten merklich erhöht. Bei der Durchführung
der Methode des gefluteten Bettes wird der zu hydrierende
Kohlenwasserstoff in den Reaktor vom Boden her eingeführt, so daß das Katalysatorbett mit dem Kohlenwasserstoff
dauernd geflutet ist. Unter dem Einführen in den Bodenteil des Reaktors ist zu verstehen, daß das Beschickungsmaterial
sich in Aufwärtsrichtung durch das Katalysatorbett bewegt und auf diese Weise tatsächlich den Reaktor so lange flutet,
bis der Spiegel des Beschickungsmaterials den Oberteil des Reaktors erreicht. Dort läuft das Beschickungsmaterial über
und geht in die Abkühl- und Auffangvorrichtung über. Die Zeit, während welcher das Cyclopentadienbeschickungsmaterial zusammen
mit dem Wasserstoff in dem Reaktor ist, sowie die Turbulenz des Beschickungsmaterials sind verantwortlich für die
größere Selektivität, mit der Cyclopentadien in Cyclopenten umgewandelt wird. Das erforderliche Vermischen des Kohlenwasserstoffs
in der Nähe der Katalysatoroberfläche zur Bewirkung der Hydrierungsreaktion wird durch das Durchleiten
von überschüssigem Wasserstoff oder durch das schnelle Fließen von Kohlenwasserstoff in Aufwärtsrichtung durch das Katalysatorbett
gefördert.
Vergleicht man die Rieselbetthydrierungsmethode mit der Hydrierungsmethode
aes gefluteten, Bettes unter Verwendung von Cyclopentadien
als zu hydrierendem Kohlenwasserstoff, so stellt man
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fest, daß die Selektivität bezüglich Cyclopenten um das 4,5-fache größer ist bei Anwendung der Methode des gefluteten
Bettes im Vergleich zu der Rieselbettmethode.
Das zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Verfahrens erforderliche
Vermischen kann unter Verwendung von Wasserstoff, der durch den Kohlenwasserstoff geleitet wird, bewirkt werden.
Es kommen jedoch auch andere Rühr- und Mischmethoden
in Frage, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise kann man Fibrationsreaktoren einsetzen
oder auf andere Mischmethoden zurückgreifen.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator besteht aus Palladium auf Aluminiumoxid. Unter dem Begriff "Katalysator" sollen
sowohl das Palladium als auch der Träger verstanden werden. Das Palladium kann ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 Gewichtsprozent
des gesamten Katalysators ausmachen. Der bevorzugte Bereich für Palladium liegt zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr
0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf Wirkungsgrad und Kosten. Die optimalen Hydrierungsbedingungen können in Abhängigkeit
von dem eingesetzten Hydrierungskatalysator schwanken. Wenn auch die optimalen Bedingungen etwas schwanken können, so wurde
gefunden, daß höhere Drucke, tiefere Temperaturen und eine höhere Geschwindigkeit der Beschickungsmaterialflüssigkeit pro
Stunde über den Katalysator (LHSV) höhere, in Prozent ausgedrückte
Hydrierungsgrade sowie eine größere Selektivität bezüglich des gewünschten Kohlenwasserstoffs bewirken.
Die erfindungsgemäß im allgemeinen eingehaltenen Drucke können
von ungefähr O bis ungefähr 70 kg/cm Überdruck (0 bis lOOO psig)
schwanken. Die Temperaturen können zwischen ungefähr -IO und
ungefähr 150 0C liegen. Die vorstehend genannte Geschwindigkeit
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wird genau als das Volumen des Beschickungsmaterials als Flüssigkeit pro Volumen des gesamten Katalysators
definiert, das über den Katalysator pro Stunde streicht oder diesen kontaktiert. Diese Geschwindigkeit, die als
LHSV abgekürzt wird, kann zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 10 schwanken.
Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Cyclopentadienbeschickungsmaterial
kann ebenfalls schwanken, und zwar in Abhängigkeit von Veränderungen der Hydrierungsbedingungen,
beispielsweise bezüglich Druck, Temperatur und LHSV.
Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Cyclopentadienbeschickungsmaterial
kann zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 50 liegen. Das bevorzugte Molverhältnis von Wasserstoff
zu Cyclopentadienbeschickungsmaterial schwankt zwischen ungefähr 1 und ungefähr 25.
Die genauen Arbeitsbedingungen für die kontinuierliche
Hydrierung von Cyclopentadien unter Anwendung der erfindungsgemäßen Methoden lassen sich nicht genau festlegen,
da die Katalysatorreinheit, die Reaktorgröße, die angestrebte
Geschwindigkeit sowie die Selektivität bezüglich der gewünschten Produkte schwanken können. Wie zuvor erwähnt
worden ist, wurde festgestellt, daß höhere Drucke, tiefere Temperaturen und eine höhere LHSV einen höheren
Hydrierungsumsatz und eine höhere Selektivität bezüglich des gewünschten Produktes bewirken.
Frisches Cyclopentadien mit einer Temperatur von 25 0C wird
in Aufwärtsrichtung durch einen rohrförmigen 10 ml-Reaktor
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geschickt, der mit Aluminiumoxidkügelchen mit einer Abmessung
von 2,0 mm (5/64 inches) auf denen 5/10 % Palladium abgeschieden sind, gefüllt ist. Wasserstoff wird zusammen mit dem Cyclopentadien
mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit durchgeschickt. Die LHSV des Cyclopentadienbeschickungsmaterials
beträgt 1 und das Molverhältnis von Wasserstoff zu Cyclopentadien 20.
Die Produkte werden in bestimmten Intervallen in einer auf
-80 0C abgekühlten Falle gesammelt und durch Gaschromatographie
analysiert. Umsatz- und, Selektivitätswerte sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt. Ferner sind in
der Tabelle I die Bedingungen sowie andere verwendete Katalysatoren
angegeben.
0 9846/1 129
- 7 Tabelle I
10 ml-Katalysator
Über- LHSV Tempeln / ~,2 druck ratur
kg/cm HO/CPD oc
2'
CPD Selektivität, %
Um- Cyclo- Cyclosatz,penten pentan
2,0 % Pd/AloO_
3,2 mm Pellets
35
20
25
82,0 97,0 1,0
0,5 3,2 |
mm Pellets | mm Pellets | 28 | 1,5 | 4 | 20 | 90,0 | 86,0 | 6,5 |
O,5 | % PdZAl 0 , | O,5 % PdZAl2O3, 2,0 mm Kügel- chen |
7 | 23 | 1 | 25 | 92,5 | 80,5 | 18,5 |
2,0 mm Kügel- chen |
0,5 % Pd/Al2O3 2,O mm Kügel- chen |
7 28* |
4,5 1,5 |
1 3 |
25 25 |
92,5 72,0 |
9O 92,5 |
7 5 |
|
3,2 | 14 | 3 | 2 | 25 | 80,0 | 92,6 | 1,2 | ||
35 | 20 | 1 | -5 | 85 | 90 | 6 | |||
28 28 |
1,5 | 5 3 |
20 25 |
90,0 72,0 |
91,8 92,5 |
7,7 3,6 |
Katalysatorbett 5 ml
In der folgenden Tabelle sind Vergleichswerte zusammengefaßt,
die unter Verwendung eines Rieselbettes sowie eines gefluteten Bettes sowie unter Einsatz des erwähnten Kohlenwasserstoffs
erhalten worden sind. Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß
unter Anwendung des gefluteten Bettes Vorteile erzielt werden. Diese Ergebnisse dienen nur zu Vergleichszwecken und sollen
die Erfindung nicht beschränken. Die Werte zeigen, daß bei der
die unter Verwendung eines Rieselbettes sowie eines gefluteten Bettes sowie unter Einsatz des erwähnten Kohlenwasserstoffs
erhalten worden sind. Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß
unter Anwendung des gefluteten Bettes Vorteile erzielt werden. Diese Ergebnisse dienen nur zu Vergleichszwecken und sollen
die Erfindung nicht beschränken. Die Werte zeigen, daß bei der
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Anwendung der erfindungsgeniäßen Methode die Selektivität
bezüglich Cyclopenten um das ungefähr 4,5-fache erhöht
Vergleich des Rieselbettes gegenüber dem gefluteten Bett (Katalysator 0,5 %
3,2 mm Pellets
LHSV | Riesel bett |
1 | Druck- kg/cm Über druck |
Tempe ratur, |
H2/Cyclo- | % Um- |
Selekti- züglich Cyclo- penten |
Riesel bett |
1 | 35 | 25 | 20 - | 80 | 20 χ | |
geflutetes Bett |
1 | 7 | 75 | 20 | 73 | 20 | |
geflutetes Bett |
1 | 35 | 20 | 20 | 92 | 90 | |
geflutetes Bett |
1 | 35 | -5 | 20 | 90 | 92 | |
7 | -5 | 20 | 41 | 92 |
3098 46/1129
Claims (8)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Hydrierung von Cyclo-.
/' pentadien zu Cyclopenten durch Überleiten des Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials
zusammen mit Wasserstoff über einen Katalysator aus Palladium auf Aluminiumoxid
bei einer Temperatur von ungefähr -10 C bis
ungefähr 150 0C und bei einem Druck von ungefähr O bis
2
ungefähr 70 kg/cm Überdruck (O bis 1000 psig), dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett mit dem Cyclopentadienbeschickungsmaterial geflutet wird.
ungefähr 70 kg/cm Überdruck (O bis 1000 psig), dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett mit dem Cyclopentadienbeschickungsmaterial geflutet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Beschickungsmaterials als Flüssigkeit
pro Volumen des gesamten Katalysators, das über den Katalysator pro Stunde geleitet wird oder pro Stunde mit
dem Katalysator kontaktiert wird (LHSV) ungefähr 1 bis ungefähr 10 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der LHSV-Wert des Beschickungsmaterials zwischen ungefähr
3 und ungefähr 5 liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Palladium ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 Gewichtsprozent
des Katalysators ausmacht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bevorzugte Palladiummenge ungefähr 0,3 bis ungefähr
0,75 Gewichtsprozent des Katalysators ausmacht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Molverhältnis Wasserstoff/Cyclopentadien ungefähr 1 bis ungefähr 50 beträgt.
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7. Verfahren nach Anspruch 4,.dadurch gekennzeichnet, daß
das bevorzugte Molverhältnis Wasserstoff/Cyclopentadien
ungefähr 1 bis ungefähr 25 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der bevorzugte Überdruck zwischen ungefähr 25 und ungefähr
42 kg/cm2 (350 bis 600 psig) schwankt.
30 9848/1128
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