DE2357405C3 - Katalysator zur Deaikylierung von Alkylbenzolen mit Wasserdampf - Google Patents

Katalysator zur Deaikylierung von Alkylbenzolen mit Wasserdampf

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DE2357405C3 DE19732357405 DE2357405A DE2357405C3 DE 2357405 C3 DE2357405 C3 DE 2357405C3 DE 19732357405 DE19732357405 DE 19732357405 DE 2357405 A DE2357405 A DE 2357405A DE 2357405 C3 DE2357405 C3 DE 2357405C3
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KarI Dr. 8052 Moosburg Kochloefl
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Girdler-Südchemie Katalysator GmbH, 8000 München; Dark, Anthony M., Beaconsfield, Buckinghamshire (Großbritannien)
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Description

Der Alkaügehalt des Trägers beträgt zweckmäßig etwa 0,1 bis 5, vorzugsweise etwa 2 Gewichtspro?ent, berechnet als Alkalicarbonat. Als Alkaliverbindung wird vorzugsweise K2CO3 verwendet.
Bei der Herstellung des Katalysators kann das hydraulische Bindemittel in Mengen von etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent verwendet werden. Der Träger wird vorzugsweise zunächst mit Alkali behandelt und anschließend mit der Lösung des Platingruppen-Metallsalzes imprägniert.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des vorstehend definierten Katalysators zur Dealkylierung von Alkylbenzolen, insbesondere von Toluol, mit Wasserdampf, wobei das Alkylbenzol vorzugsweise bei einer Temperatur im Bei eich von etwa 400 bis 75O°C und einem Druck im Bereich von etwa 1 bis 40 atm zusammen mit Wasserdampf über den Katalysator geleitet wird.
Vorzugsweise wird die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 600 bis 7000C, besonders bevorzugt bei etwa 625°C, bei einem Molverhältnis H2O/ToluoI von 2:1 bis 35: 1, vorzugsweise von 14: 1 bis 21:1. einer Toluol-Raumgeschwindigkeit von etwa 0,42 bis 6, vorzugsweise von etwa 0,63 bis 1,9 1 Katalysator und Stunde und bei einem Druck von etwa 14 bis 32 atm durchgeführt.
Bei der Herstellung des Trägers wird im allgemeinen das Chrom(III)-oxid (es braucht kein reines Chromoxid verwendet zu werden; es genügt auch ein technisches Chromoxid, das mindestens etwa 90°„ Cr8O3 enthält) zunächst mit den entsprechenden Mengen an hydraulischem Bindemittel (z. B. Portlandzement) und Alkalikarbonat trocken gemischt. Anschließend wird zu dieser Mischung so viel Wasser zugegeben, bis eine teigähnliche Masse entsteht. Das Mischen wird dann noch eine gewisse Zeit, z. B. etwa 10 Minuten, fortgesetzt. Nach Zusatz von organischen Gleitmitteln werden Formkörper (Strangpreßlinge, Tabletten, Kugeln od. dgl.) nach an sich bekannten Verformungsmethoden hergestellt. Nach dem Aushärten des hydraulischen Bindemitteln werden die Formkörper getrocknet (z. B. 1 Stunde bei 1200C und anschließend 1 Stunde bei 2000C) und schließlich calciniert, z. B. 5 Stunden bei 25O°C.
Die auf diese Weise hergestellten Formkörper werden mit einer wäßrigen Fdelmetallsalzlösung, z. B. mit einer Lösung von RhCl3 bzw. PdCl2 oder HjPtCl6, imprägniert, deren Konzentration so eingestellt ist, daß der Edelmetallgehalt des fertigen Katalysators innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche liegt. Die imprägnierten Formkörper werden dann gewöhnlich bei Raumtemperatur vorgetrocknet und anschließend bei Temperaturen oberhalb 1000C fertig getrocknet, z.B. 2 Stunden bei 1200C, dann 1 Stunde bei 200C und 1 Stunde bei 4000C. Schließlich werden die Formkörper calciniert, z. B. 3 Stunden bei 55O°C. Der so hergestellte Katalysator kann dann in einer Durchflußapparatur durch Behandlung mit Wasserstoff und Wasserdampf aktiviert werden. Hierbei kann Wasserstoff mit einer Raumgeschwindigkeit von etwa 600 bis 12001 je Liter Katalysator und Stunde bei etwa 300 bis 650° C über einen Zeitraum von 3 bis 24 Stunden über den Katalysator geleitet werden. Anschließend kann dem Wasserstoff noch Wasserdampf zugesetzt werden, z. B. in einer Menge von 0,75 bis 2,25 1 Katalysator und Stunde (berechnet als flüssiges Wasser) bei einer Temperatur von etwa 300 bis 6500C über einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden. Nach dieser Zeit wird die Zufuhr von Wasserstoff beendet und mit der Dosierung der Alkylbenzole begonnen.
Wenn als Alkylbenzol Toluol verwendet wird, so hängt dessen Raumgeschwindigkeit von der Reaktionstemperatur und von der Art des verwendeten Katalysators ab. Die bevorzugten Bereiche für die Raumgeschwindigkeit, die Molverhältnisse zwischen Wasser und Toluol, die bevorzugten Temperaturen und Drücke sind vorstehend angegeben. Unier diesen Reaktionsbedingungen können Umsätze von Toluol zu Benzol bis zu 90 Molprozent pro Durchgang erreicht werden. Die flüssigen Reaktionsprodukte enthalten außer Benzol, Toluol und Wasser keine anderen aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffe. Die gasförmigen Produkte setzen sich hauptsächlich aus Wasserstoff (70 bis 80 Volumprozent) und Kohlendioxid zusammen. Der Kohlenmonoxidgehalt schwankt zwischen 4 und 0,4 Volumprozent, und der Methangehalt liegt unter 5,0 Volumprozent.
Bei Verwendung von anderen Alkylbenzolen, wie Xylolen, Trialkylbenzolen, Äthylbenzol und anderen höheren Homologen des Toluols, werden im wesentlichen die gleichen Reaktionsbedingungen angewendet und vergleichbare Dealkylierungsergebnisse erzielt.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Herstellung der erfindungsgemäßen Dealkylierungskatalysatoren und deren Anwendung.
Beispiel 1
2 kg Chrom(III)-oxid mit einer Oberfläche von etwa 3,8 m2/g wurden mit 0,4 g Portlandzement und 20,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat 10 Minuten zusammengemischt, danach mit 0,61 entsalztem Wasser (5O0C) portionsweise versetzt und das Mischen noch 10 Minuten fortgesetzt. Anschließend wurden dieser teigähnlichen Mass.; 140 g organisches Gleitmittel zugesetzt und das Material zu Slrangpreßlingen von 1,5 mm Durchmesser verarbeitet. Die zunächst an Luft vorgetrockneten St.-angpreßlinge wurden 1 Stunde bei 12O0C, 1 Stunde bei 2000C und schließlich 5 Stunden bei 2500C getrocknet. 1720 g des auf diese Weise hergestellten Chromoxidträgers wurden mit 270 ml Rhodiumchloridlösung (3,85 Gewichtsprozent Rh) imprägniert. Der so imprägnierte Träger wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur, dann 5 Stunden bei 120° C getrocknet und anschließend 1 Stunde bei 2000C, 1 Stunde bei 4000C und schließlich 3 Stunden bei 550° C calciniert. Der so hergestellte Katalysator enthielt 0,6 Gewichtsprozent Rhodium und 0,56 Gewichtsprozent Kalium.
Zur Wasserdampf-Toluol-Dealkylierung wurden in einem metallischen Durchflußreaktor 50 ml (76,6 g) des wie oben hergestellten Katalysators verwendet und im Wasserstoffstrom (60 l/Stunde) während 12 Stunden und zusätzlich noch 4 Stunden im Wasserdampfstrom (37,8 ml flüssiges Wasser/Stunde) bei 550° C aktiviert.
Danach wurde über den Katalysator Toluol mit einer Raumgeschwindigkeit von 31,5 ml/Stunde und Wasser mit 37,6 ml/Stunde (Mol-Verhältnis H2O/ Toluol = 7:1) bei 6020C und unter einem Gesamtdruck von 1 atm geführt. Die Selektivität war 90,0%. Der Umsatz von Toluol zu Benzol betrug 40 Molprozent. Die Zusammensetzung der gasförmigen Produkte war in Volumprozent:
H2 = 74,8: CO = 2,3: CO2 = 22,8; CH4 = 0,1. setzung der gasförmigen Produkte war in Volum-
2 = 74,8: CO = 2,3: CO,
Die Selektivität ist wie folgl definiert: ^2 = 79,0; CO - 1,1; CO2 = 18,9; CH4 = 1,0.
(Vol. Toluol + Benzol im Produkt) · 100 5 Beispiel6
Vol. eingesetztes Toluol ^ ^ 5Q m) (?6 6 g) des aktivierten Rhodium-Kata-
lvsators (0,6 Gewichtsprozent Rh), dessen Herstellung Der Umsatz ist wie folgt definiert: .^ Beispid j beschrieben ist, wurde m-Xylol unter
(Mol eingesetztes Toluol - Mol Benzol) · 100 10 den im Beispiel 4 angegebenen Bedingungen geleitet.
- Die Selektivität betrug 96,1%. Der Umsatz von
(Mol eingesetztes Toluol) JjJ^ m To,uo, betrug 46,5 Molprozent, zu
Benzol 32,1 Molprozent. Die Zusammensetzung der B e i s ρ i e 1 2 gasförmigen Produkte war in Volumprozent:
Über 50 ml (76,6 g) des aktivierten Rhodium-Kata- 15 H2 = 78,2; CO = 1,4, CO2 = 21,0; CH4 = 1,7.
lysators (0,6 Gewichtsprozent Rh) dessen Herstellung _ vorliegenden Fall wie folgt
im Beispiel 1 beschrieben ist, vrtirde Toluol mit einer Uie seieKUMuu t> Si
Raumgeschwindigkeit von 31,6 ml/Stunde und Wasser definiert.
mit einer Raumgeschwindigkeit von 113,8 ml/Stunde (Vq1 m_xyioi + Toluol + Benzol im Produkt) · IQQ
(Molverhältnis Η,Ο/Toluol = 21:1) bei 6010C und .0 : ■— ^ ^
unter einem Gesamtdruck von 1 atm gefuhrt. Die *
Selektivität betrug 65,0%. Der Umsatz von Toluol Beispiel 7
zu Benzol betrug 72 5 Molprozent. Die Zusammen- aktivierten Rhodium-Kata-
setzung der gasförm.gen Produkte war m Volum- Ober » »y^f^^ Rh); dessen Herstellung
Prozent- im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde Äthylbenzol
H2 = 74,8; CO = 2,1; CO, = 23,0; CH4 = 0,1. UIller den im Beispiel 4 angegebenen Bedingungen
geleitet. Die Selektivität betrug 82%. Der Umsatz
B e i s ρ i e 1 3 von Ethylbenzol zu Toluol betrug 16,5 Molprozent,
über 50ml (76,6g) des aktivierten Rhodium- 30 zu Benzol ^]^^^^^^ katalysators (0,6 Gewichtsprozent Rh), dessen Her- der gasform.gen Produkte war m Volumprozent,
stellung im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde Toluol Hz = 75,5; CO =1,3; CO2 = 19,5; CH4 = 3,1;
mit einer Raumgeschwindigkeit von 31,4 ml/Stunde C2H6 = 0,6.
wS^SiSSSa) 3S Die SddOhU. is. im vorUe^d.n FaI1 „« M8, bei 6290C und unter einem Gesamtdruck von 1 atm definiert:
geführt. Die Selektivität betrug 27 1 % Der Umsatz Äthylbenzol + Toluol + Benzol im Produkt) · 100
von Toluol zu Benzol betrug 90,0 Molprozent. Die SVOI'M)- 1 - '-
Zusammensetzung der gasförmigen Produkte war in Vol. eingesetztes Athylbenzol
Volumprozent: ♦"
H2 = 74,2; CO = 4,0; CO2 = 21,8; CH4 = 0,1. Beispiels
1720 g des Chromoxidträgers, dessen Herstellung B e i s ρ i e I 4 jm Beispiel 1 beschrieben ist, wurde mit 270 ml
Über 50 ml (76,6 g) des aktivierten Rhodium-Kata- 45 wäßriger Rhodiumchloridlösung (1 93 Gewichtsprolysators (0,6 Gewichtsprozent Rh), dessen Herstellung zent Rh) imprägniert. Die weitere Verarbeitung und im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde Toluol mit einer die Aktivierung wurden analog Beispiel 1 durchgeführt. Raumgeschwindigkeit von 31,7 ml/Stunde und Wasser Über 50 ml (67,6 g) des aktivierten Rhod.um-Kata-
mit einer Raumgeschwindigkeit von 113,4 ml/Stunde lysators (0,3 Gewichtsprozent Rh) wurde Toluol mit (Molverhältnis H2O/Toluol = 21: 1) bei 6250C und 50 einer Raunigeschwindigkeit von 47,5 ml/Stunde und unter einem Gesamtdruck von 33 atm geführt. Die Wasser mit einer Raumgeschwindigkeit von 170 5 mV Selektivität betrug 97,4%. Der Umsatz von Toluol Stunde (Molverhältnis H2O/Toluol = 2i: 1) bei 627 C zu Benzol betrug 65 Molprnzent. Die Zusammen- und unter einem Gesamtdruck von 32 atm gefuhrt, setzung der gasförmigen Produkte war in Volum- Die Selektivität betrug 93,7 /0. Der Umsatz von Prozent· 55 Toluol zu Benzol betrug 66,8 Molprozent. Die
Zusammensetzung der gasförmigen Produkte war in
H2 = 79,8; CO = 1,0; CO2 = 18,1; CH4 = 1,2. Volumprozent:
B e i s ρ i e 1 5 H2 = 76,7; CO = 1,5; CO2 = 30,9; CH4 = 0,9.
Über 50 ml (76,6 g) des aktivierten Rhodium-Kata- 60 B e i s ρ i e 1 9
lysators (0,6 Gewichtsprozent Rh), dessen Herstellung
im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde Toluol mit einer 1720 g des Chromoxidträgers, dessen Herstellung
Raumgeschwindigkeit von 63,8 ml/Stunde und Wasser im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde mit 270 ml
mit einer Raumgeschwindigkeit von 227,3 ml/Stunde wäßriger Falladiumchloridlösung (3,85% Pd) imprä-
(Molverhältnis H2O/Toluol 21,0:1) bei 6250C und 65 gniert. Die weitere Verarbeitung und die Aktivierung
unter einem Gesamtdruck von 32 atm geführt. Die des Palladiumkatalysators wurden analog der des
Selektivität betrug 98,6%. Der Umsatz von Toluol Rhodiumkatalysators von Beispiel 1 durchgeführt,
zu Benzol betrug 53,3 Molprozent. Die Zusammen- Über 50 ml (77,0 g) des aktivierten Palladium-
Katalysators (0,6 Gewichtsprozent Pd) wurde Toluol mit einer Raumgeschwindigkeit von 31,7 ml/Stunde und Wasser mit einer Raumgeschwindigkeit von 113,4 ml/Stunde (Molverhältnis H2O/Toluol = 21:1) bei 75O0C und unter einem Gesamtdruck von 10 atm geführt. Die Selektivität betrug 78,7%. Der Umsatz von Toluol zu Benzol betrug 46,2 Molprozent. Die Zusammensetzung der gasförmigen Produkte war in Volumprozent:
H2 = 70,8; CO = 2,0; CO2 = 22,3; CH4 = 4,9.
Beispiel 10
1720 g des Chromoxidträgers, dessen Herstellung im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde mit 270 ml wäßriger Platinchlorwasserstofflösung (3,85% Pt) imprägniert. Die weitere Bearbeitung und die Aktivierung des Platinkatalysators wurden analog der des Rhodiumchloridkatalysators von Beispiel 1 durchgeführt. Über 50 ml (78 g) des aktivierten Platinkatalysators (0,6 Gewichtsprozent Pt) wurde Toluol mit einer Raumgeschwindigkeit von 31,7 ml/Stunde und Wasser mit einer Raumgeschwindigkeit von 113,4 ml/Stunde (Molverhältnis H2O/Toluol = 21:1) bei 7000C und unter einem Gesamtdruck von 31 atm geführt. Die Selektivität betrug 89,4%. Der Umsatz von Toluol zu Benzol betrug 50,3 Molprozent. Die Zusammensetzung der gasförmigen Produkte war in Volumprozent:
H2 = 75,2; CO = 1,3; CO1 = 19,4; CH4 = 4,1.

Claims (4)

nur 2 Volumprozent beträgt; unter diesen Bedin- Patenta ispräche: gungen beträgt aber die Umwandlung (Konversion) des Toluols zum Benzol nur 26 Molprozent. Eine
1. Katalysator zur Dealkylierung von Alkyl- Nacharbeitung bei diesen Bedingungen ergab zudem, benzolen, insbesondere von Toluol, mit Wasser- 5 daß die angegebene Methankonzentration von 2 Vodampf, welcher Rhodium, Platin und/oder PaUa- lumprozent nicht reproduzierbar war; es wurde dium auf einem Träger enthält, dadurch ge- ein MetLangehalt von 20Volumprozent in den gaskennzeichnet, daß der Träger mindestens förmigen Reaktionsprodukten gefunden.
75 Gewichtsprozent Chrom(IH)-oxid, weniger als Es wurde nun überraschenderweise festgestellt,
10 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 5 Ge- io daß die erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren wichtsprozent Aluminiumoxid und Alkali enthält durch die Verwendung von Aluminiumoxid als Träger und daß der Katalysator dadurch herstellbar ist, für die Edelmetalle der Gruppe VIII des Periodendaß man das Ausgangsmaterial für den Träger nach systems bedingt sind und behoben werden können, Zusatz eines hydraulischen Bindemittels zu Form- wenn das Aluminiumoxid im Träger vollständig oder körpern formt, die Formkörper trocknet, mit der 15 zum größten Teil durch Chrom(III)-oxid ersetzt wird. Lösung des Platingruppen-Metallsalzes imprägniert Es sind zwar aus J. Chem. Soc. 1961, 5086 bis 5090,
und in bekannter Weise trocknet und calciniert. Platinkatalysatoren bekannt, deren Träger unter ande-
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch ge- rem aus Chrom(III)-oxid bestehen kann. Diese kennzeichnet, daß man ein Chrom(III)-oxid ver- Katalysatoren werden aber nur zur katalytischen wendet, das eine Oberfläche von 1 bis 20m!/g, 20 Hydrierung in flüssiger Phase verwendet und liegen vorzugsweise von 2 bis 10 m2/g, besitzt. in Pulverform vor, d. h., sie enthalten kein Binde-
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch mittel. Ferner enthalten diese Katalysatoren kein gekennzeichnet, daß der Träger 0,1 bis 5, Vorzugs- Alkali. Ferner können diese Katalysatoren statt weise 2 Gewichtsprozent Alkalicarbonat, Vorzugs- Chrom(III)-oxid als äquivalente Träger auch Alumiweise K2CO3 enthält. 25 niumoxid oder Zirkondioxid enthalten. Diese Träger
4. Verwendung des Katalysators nach einem der sind aber, wie festgestellt wurde, für Katalysatoren Ansprüche 1 bis 3 zur Dealkylierung von Alkyl- zur Wasserdampf-Dealkylierung von Alkylbenzolen benzolen mit Wasserdampf. nicht geeignet.
Ferner sind die aus der GB-PS 7 35 257 bekannten 30 platin- oder palladiumhaltigen Reformierungs- oder
______ Dehydrierungskatalysatoren zu erwähnen, deren Trä
ger (Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder deren Oxidgele) z. B. auch Chrom als Oxidgele enthalten können. Das Chromoxid liegt aber bei diesen Katalysatoren
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur 35 nur in relativ niedrigen Anteilen vor, abgesehen, Dealkylierung von Alkylbenzolen, insbesondere von daß der Katalysator auf einem anderen Anwendungs-Toluol, mit Wasserdampf, welcher Rhodium, Platin gebiet eingesetzt wird.
und/oder Palladium auf einem Träger enthält. Gegenstand der Erfindung ist ein Katalysator zur
Es ist bekannt, zur Wasserdampf-Dealkylierung Dealkylierung von Alkylbenzolen, insbesondere von von Toluol und anderen Alkylbenzolen (Mono- oder 4° Toluol, mit Wasserdampf, welcher Rhodium, Platin Dialkylbenzole) Katalysatoren zu verwenden, bei und/oder Palladium auf einem Träger enthält; dieser denen Edelmetalle der Gruppe VIII des Perioden- Katalysator ist dadurch gekennzeichnet, daß der systems auf verschiedenen Trägern, wie _y-Al2O3, Träger mindestens 75 Gewichtsprozent Chrom(III)-5C-Al2O3, SiO2 — Al2O3, NiO—Al2O3, CoO—Al2O3 oxid, weniger als 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise aufgebracht sind (DT-OS 17 93129, 2214 512, 45 weniger als 5 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und 2139 043; GB-PS 1174 879). Bei der Anwendung Alkali enthält und daß der Katalysator dadurch von J-Al2O3 oder anderen Trägern, die J>-A12O3 herstellbar ist, daß man das Ausgangsmaterial für den enthalten, ist die Durchführung der Wasserdampf- Träger nach Zusatz eines hydraulischen Bindemittels dealkylierung auf drucklose Verfahren begrenzt, weil zu Formkörpern formt, die Formkörper trocknet, mit bei höheren Drücken (z.B. bei 10 oder 30atm) 5° der Lösung des Platingruppen-Metallsalzes impräbeträchtliche Mengen an Methan entstehen. Zum gniert und in bekannter Weise trocknet und calciniert. Beispiel enthalten die gasförmigen Produkte 10 bis Der Rest des Trägers kann neben dem hydraulischen
36 Volumprozent Methan. Konzentrationen von mehr Bindemittel und dem Alkalizusatz aus Verunreinials 5% Methan beeinträchtigen aber die wirtschaft- gungen bestehen. Das Chrom(III)-oxid hat zweckliche Nutzung des Wasserstoffs, der neben Benzol ein 55 mäßig eine Oberfläche von etwa 1 bis 20 m2/g, vorzugswertvolles Hauptprodukt dieses Verfahrens darstellt. weise von etwa 2 bis 10m2/g-Es wird angestrebt, daß die Reaktion weitgehend Der Träger kann beispielsweise mit 0,05 bis
nach der Gleichung 3,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise bis 1,0 Gewichts
prozent Rhodium, Platin und/oder Palladium imprä-
C6H5CH3 + 2H2O = C6H8 + CO2 +3H2 60 gniert sein. Ein besonders bevorzugter Bereich für
die Edelmetallkonzentration liegt zwischen etwa 0,15
verläuft. und 0,6 Gewichtsprozent. Rhodium wird als Edel-
Die Anwendung des A-Al2O3 als Träger für Edel- metall besonders bevorzugt, weil bei Verwendung diemetalle der Gruppe VIII des Periodensystems, beson- ses Edelmetalls die Methankonzentration in den ders für Platin (DT-OS 22 14 512) soll zwar den 65 gasförmigen Reaktionsprodukten besonders niedrig Vorteil haben, daß der Methangehalt in den gas- ist. Die Methankonzentration steigt bei Verwendung förmigen Reaktionsprodukten auch bei einem Druck von Platin bzw. Palladium in der angegebenen von 32 atm und bei einer Temperatur von 6400C Reihenfolge etwas an.
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