DE2444911A1 - Krackkatalysator und dessen verwendung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung
des Krackens von Kohlenwasserstoffen in Abwesenheit
von zugesetztem Wasserstoff. Übliche Anlagen für diesen Zweck umfassen normalerweise einen Krackreaktor und
einen Regenerator, wobei der Katalysator kontinuierlich durch diese beiden Gefässe zirkuliert. Besonders
signifikante Vorteile werden beim Fliesskatalysator-Kracken (FCC) mit zeolithischen Katalysatoren erhalten. Die erfindungsgemässen Katalysatoren sind für das
Hydrokracken unter Verwendung eines Katalysatorfestbettes und einem Überschuss von zugesetztem Wasserstoff nicht anwendbar.
des Krackens von Kohlenwasserstoffen in Abwesenheit
von zugesetztem Wasserstoff. Übliche Anlagen für diesen Zweck umfassen normalerweise einen Krackreaktor und
einen Regenerator, wobei der Katalysator kontinuierlich durch diese beiden Gefässe zirkuliert. Besonders
signifikante Vorteile werden beim Fliesskatalysator-Kracken (FCC) mit zeolithischen Katalysatoren erhalten. Die erfindungsgemässen Katalysatoren sind für das
Hydrokracken unter Verwendung eines Katalysatorfestbettes und einem Überschuss von zugesetztem Wasserstoff nicht anwendbar.
Zwei Arten von katalytischen Krackverfahren sind
in allgemeinem Gebrauch. Beim katalytischen Reformieren oder dem Ihermofor-Krackprozeß (TCC) wird sowohl im Reaktor
in allgemeinem Gebrauch. Beim katalytischen Reformieren oder dem Ihermofor-Krackprozeß (TCC) wird sowohl im Reaktor
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wie im Regenerator ein bewegtes kompaktes Katalysatorbett
verwendet. Katalysator der durch Ablagerung von kohlenstoffartigen Ablagerungen, die im allgemeinen als
"Koks" bezeichnet werden, verhältnismässig inaktiv
wird, wird kontinuierlich vom Boden des Reaktors abgezogenen dem Gasöl durch Kontakt mit dem Katalysator
bei erhöhter Temperatur gekrackt wird. Der verbrauchte Katalysator des Reaktors wird zum oberen Teil eines
Regenerators geführt, in dem die Aktivität des Katalysators durch Abbrennen des Kokses in Luft wiederhergestellt
wird. Heisser regenerierter Katalysator wird vom Boden des Regenerators kontinuierlich zum oberen
Teil des Reaktors zurückgeführt, um den zuerst beschriebenen Oyclus zu wiederholen.
Bei Arbeitsweisen mit Pliessbett oder Wirbelschichtbett
folgt der Katalysator einem ähnlichen Kreislauf. Er wird jedoch sowohl im Reaktor wie im
Regenerator durch aufwärts strömende Gase, und zwar Kohlenwasserstoffdampf im Reaktor und im Regenerator,
fluidiziert.
Der Hauptunterschied bei beiden Verfahren besteht in Bezug auf den Katalysator in der TeilchengrÖsse.
Pellets oder Perlen mit einem Durchmesser von etwa 0,32 cm (1/8 inch) werden beim TCC verwendet. Feines Pulver,
mit einer durchschnittlichen TeilchengrÖsse von etwa
70 Mikron, wird beim FCC verwendet.
Beide Verfahren werden bei Drucken zwischen atmosphärischem Druck und etwa 2,8 atü (4-0 psig)
gefahren. Wasserstoff wird durch die Krackreaktion in
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geringer Menge gebildet. Es wird jedoch zu den Reaktoren der TCC- und FCC-Einheiten kein Wasserstoff
zugegeben. Dieses Kracken in Abwesenheit von zugesetztem Wasserstoff verläuft endotherm im Gegensatz
zum exothermen Charakter des Hydrokrackens mit einem Katalysator, der wesentliche Mengen.an Bydriermetall
(oberhalb 0,5 Gew.-%) enthält, und in Gegenwart eines
grossen Überschusses von zugesetztem Wasserstoff, wie dies in der US-PS 3 175 854- beschrieben ist.
Im allgemeinen werden potente Hydriermetalle bei TCC-und FCC-Katalysatoren vermieden. Ein ernstes
Problem bei diesen Katalysatoren tritt beim Kracken von Beschickungsmaterialien auf, die Metalle enthalten.
Insbesondere ist die Ablagerung des Metalls Nickel der Gruppe VIII nachteilig..Nickelmengen in der Grössenordnung
von 0,03 Gew.-% auf dem Katalysator erhöhen
die Wasserstoffbildung in einem solchen Ausmass, dass
ernste Probleme bei der Behandlung des trockenen Gases von den TCC- und FCC-Prozessen auftreten.
Katalysatoren, die beim FCC und TCC verwendet wurden, enthielten säurebehandelte Tone, amorphe
Siliciumoxyd/Aluminiumoxyd-Zusammensetzungen und dgl. Viele Varianten, wie Siliciumoxyd/Zirkonoxyd, Siliciumoxyd/Magnesiumoxyd
und andere saure poröse Feststoffe, wurden in der Literatur beschrieben.
Kürzlich wurden sehr wirksame Katalysatoren hergestellt, indem ein grösserer Teil der älteren amorphen
Katalysatoren mit einem kleineren Teil eines aktiven kristallinen Aluminosilicatzeolithen gemischt wurde.
Typische Katalysatoren dieser Art für das FCC und TCC
■509814/1041
sind in den US-PS 3 140 249 und 3 140 253 beschrieben,
auf deren Offenbarung Bezug genommen wird.
Beim FCC und TCC tritt auf Grund unvollständiger Verbrennung das Problem auf, dass wesentliche Mengen
an Kohlenmonoxyd (CO) im Rauch- oder Verbrennungsgas zurückbleiben. Abgesehen davon, dass es unerwünscht
ist, das CO in die Atmosphäre abzugeben, neigen diese Gase dazu, in Leitungen und Schornsteinen der Anlage
zu brennen (durch Reaktion des CO mit restlichem Sauerstoff in dem Rauchgas), wobei diese Einrichtungen
durch überhöhte Temperatur beschädigt werden.
Es wurde vorgeschlagen, dieses Problem beim TCC durch Zugabe von geringen Mengen Chromoxyd zum
Katalysator zu meistern. Dies führt zu einer gewissen Verschlechterung der Benzinausbeute, diese Auswirkung
ist jedoch tolerierbar, wenn damit das CO-Problem vermieden wird (vergl. US-PS 2 647 860).
Es wurde ferner vorgeschlagen, in einen Krackkatalysator einen Zeolithen einzubringen, der in
seiner inneren Porenstruktur einen CO-oxydierenden
Katalysator enthält, wobei die Poren zu klein sind, um den Molekülen der Beschickung den Zutritt zu
gestatten, jedoch gross genug, damit CO eintreten kann (vergl. US-PS 3 364 136).
Gemäss der Erfindung wird eine kleine Menge eines Metalls oder Metallen der Perioden 5 und 6
der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente oder Rhenium, oder deren Verbindungen zu einem Krackkatalysator zugegeben, der zum Kracken von Kohlen-
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_ 5 —
wasserstoffbeSchickungen in Abwesenheit von zugesetztem
Wasserstoff verwendet wird. Es wäre anzunehmen, dass diese starken Dehydriermetalle in Mengen, die einen
merklichen katalytisches. Oxydationseffekt ergeben wurden, die Kohlenwasserstoffe unter Bildung von
ungesättigten Verbindungen dehydrieren wurden, die als Koks-Vorläufer bekannt sind. Überraschenderweise
ist jedoch bei Zugabe der genannten Metalle zu FCC- und TCC-Katalysatoren in Mengen von 50 PPm oder weniger
kein wesentlicher Anstieg der Koksbildung zu beobachten.
Der Anstieg der Koksbildung ist bis zu einer Metallzugabe
von weniger als 100 ppm tolerierbar. Bei geringerer
Metallzugabe wird die Wasserstoffbildung, die durch
den "Wasserstoff-Faktor" üblicherweise beim PCC gemessen
wird, leicht erhöht. Grossere Mengen an Metallkomponente
innerhalb des Rahmens der Erfindung erhöhen den Wasserstoff-Faktor,
jedoch in tolerierbaren Grenzen. Die Zugabe von Spuren bis zu weniger als 100 ppm der genannten
Metallkomponente liegt deshalb im Rahmen der Erfindung.
Bevorzugte Katalysatoren werden hergestellt, indem 0,1 bis 50 ppm Metall zugegeben werden.
Die Ausdrücke "Metallkomponente" oder "zugegebene
Metallkomponente11 bedeuten hier das Metall selbst oder
ein Metallion oder eine Metallverbindung, wie ein Oxyd, Sulfid, Halogenid, Sulfat oder andere kombinierte
Formen, die sich durch die Zugabe des Metalls oder einer
Metallverbindung zum Katalysator ergeben.
Es ist überraschend festzustellen, dass solche
Materialien, obwohl sie für- Moleküle der Beschickung
leicht zugänglich sind, keine nachteilige Wirkung zeigen,
- 6 -
wenn sie in. erfindungsgemässen Mengen verwendet werden»
Der erfinaungsgemässe Katalysator, der die Metallkomponente
enthält, zeigt eine besonders grosse Verringerung des CO-Gehalts der -Rauch- oder Verbrennungsgase von FCC-Einheiten. Dies wird durch ein verbessertes
COp/CO-Verhältnis gegenüber einem Krackkatalysator,
der keine Metallkomponente enthält, bestätigt. Die Metallkomponenten sind von besonderem Vorteil bei
Katalysatoren, die Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd,
Zirkonoxyd, Ton und Kombinationen derselben enthalten. Von besonderem Vorteil sind sie in zusammengesetzten
Katalysatoren aus aktiven kristallinen Aluminosilicatzeolithen in einer porösen Matrix, wie
einer aus Ton erhaltenen Matrix. Andere Arten von Matrices umfassen Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd,
Zirkonoxyd und Mischungen derselben.
Die in solchen zusammengesetzten Katalysatoren verwendeten Zeolithe sind jene, die in der Lage sind,
den zu krackenden Molekülen der Beschickung den Zutritt zu erlauben, eine Bedingung, die erfüllt ist, wenn sie
Porenöffnung haben, die genügend gross sind, um Benzolmolekülen
den Zutritt zu gestatten. Die für diesen Zweck am häufigsten grosstechnisch verwendeten Zeolithe
sind die Zeolithe X und X, die Porenöffnungen von etwa 8 bis 9 !-Einheiten haben. Zeolithe mit Porenöffnungen
von weniger als etwa 6 ^-Einheiten erlauben nicht den
Eintritt der Benzolmoleküle und diese werden deshalb
für die Umsetzung von üblichen Krackbeschickungen nicht
verwendet.
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Gemäss der Erfindung wird ein Krackkatalysator zur Verwendung ohne zugesetztem Wasserstoff geschaffen,
der eine oder mehrere katalytisch aktive Komponenten mit ausreichend grosser Porengrösse, um Benzol aufzunehmen,
und in Verbindung mit wenigstens einer dieser Komponenten wenigstens ein Metall der Perioden 5 und
der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente oder Rhenium, oder eine Verbindung wenigstens eines
dieser Metalle in einer Menge des Metalls oder der Verbindung von bis zu 50 ppm des Katalysatorgesamtgewichts,
berechnet als Metall, umfasst·
Die Metallkomponente kann in den Katalysator durch Imprägnieren, durch Ionenaustausch oder auf andere
Weise eingebracht werden, indem entweder der Katalysator oder dessen Komponente mit einer Lösung der Verbindung
des Metalls in einer geeigneten Menge, die notwendig ist, um die gewünschte Konzentration innerhalb des
Rahmens der Erfindung zu gewährleisten, in Kontakt gebracht wird. Die Metallkomponente kann entweder
während irgendeiner Stufe bei der Herstellung des Katalysators oder nach Herstellung des fertigen
Katalysators eingebracht werden. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, ein kristallines
Aluminosilicat ionenauszutauschen und dann das ionenausgetauschte
Produkt mit einer porösen Matrix zu mischen. Geeignet ist auch eine Arbeitsweise, bei
der Silicium-haltige Feststoffe oder Tone ionenausgetauscht oder imprägniert werden.
Geeignete Metallverbindungen sind die Metall halogenide, vorzugsweise Chloride, Nitrate, Aminhalo-
genide, Oxyde, Sulfate, Phosphate und andere wasser-
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löslichen anorganischen Salze, und ferner die Metallcarboxylate mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und
Alkoholate. Spezifische Beispiele sind Palladiumchlorid, Chloroplatinsäure, Ruthenium-penta-aminchlorid,
Osmiumchlorid, Perrheniumsäure, Dioxo-bis(äthylendiamin)-rhenium(V)-chlorid,
Rhodiumchlorid und dgl.
Alternativ kann eine öllösliche oder öldispergierbare Verbindung des Metalls in geeigneter Menge zur
Kohlenwasserstoffbeschickung, wie einer Gasö!beschickung,
zugegeben werden, um in den Katalysator eingebracht zu werden, wenn die Beschickung gekrackt wird. Solche
Verbindungen umfassen Metalldiketonate, Carbonyle, Metallocene, Olefinkomplexe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen,
Acetylenkomplexe, Alkyl- oder Arylphosphinkomplexe und Carboxylate mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Spezifische Beispiele sind Platinacetylacetonat,
Tris(acetylacetonato)rhodium(III), Trioodoiridium(III)-tricarbonyl,^r-Cyclopentadienylrhenium(I)tricarbonyl,
Ruthenocen,/7-Cyclopentadienylosmium(I)dicarbonyldimer,
Dichloro(äthylen)palladium(II)dimer, (/7~-Cyclopentadienyl)(äthylen)rhodium(I),
Diphenylacetylen-bis(triphenylphosphino)-platin(O), Brommethyl-bis(triäthylphosphino)palladium(II),
Tetrakis(triphenylphosphino)-palladium(O), Chlorcarbonyl-bis(triphenylphosphino)-iridium(I),
Palladiumacetat und Palladiumnaphthenat.
Unabhängig von der Methode des Einbringens der Metallkomponente in den Katalysator wurden verbesserte
Ergebnisse erhalten.
5098U/1041
Die Beschickungsmaterialien, die unter Verwendung der erfindungsgemässen Katalysatoren gekrackt werden
können, umfassen alle üblichen Kohlenwasserstoffbeschickungen,
wie Naphthas, Gasöl, leichte und schwere Destillate, Rückstandsöle und dgl.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert.
■ζ
215 cm einer wässrigen Pd(N0-,)o-Lösung, die
0,0103 S Pd/Liter enthielt, wurden zu 222 g, auf Trockenbasis, eines calcinierten Seltene Erden/Natrium-Y-Katalysators
(RENaY), der 16,1 Gew.-% (Seltene Erden)205
und 2,7 Gew.-% Na enthielt, zugegeben, um 0,001 Gew.-%
(10 ppm) Pd zu ergeben. Der Zeolith wurde 1 h bei 6490C (12000I) calciniert. Der Zeolith (10 Gew.-%)
wurde in eine Matrix (90 Gew.-%) aus 40 Gew.-% Georgia-Kaolin, 57,4 Gew.-% SiO2, 0,6 Gew.-% Al2O,
und 2 Gew.-% ZrO2 eingebracht, um eine Katalysatorzusammensetzung
mit 1 ppm Palladium zu ergeben. Die Matrix wurde hergestellt, indem Wasser, Kaolin,
Q-Sorten Natriumsilicat (28,9 Gew.-% SiO2, 8,9 Gew.-%
Na2O und 62,2 Gew.-% H2O), Aluminiumsulfat, Natriumzirkoniumsulfat
und Schwefelsäure gemischt wurden. Die Mischung wurde sprühgetrocknet und der Katalysator
mit einer wässrigen 5°/o-lgen (NHn)2SO.-Lösung ausgetauscht,
gewaschen und mit einer wässrigen 7 Gew.-%-igen SECl, . 6H2O-Losung (SE = Seltene Erden) imprägniert.
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Der Katalysator wurde dann bei etwa 1210O
in einem Ofen getrocknet und ein Teil desselben wurde 4- h bei 7600C (140O0P) und 0 atü mit Dampf beaufschlagt,
wobei das Erhitzen auf 7600C (14000P) unter
einer N^-Atmosphäre durchgeführt wurde.
7.
215 cmr einer wässrigen EUPtClg-Lösung, die
0,0103 g Pt/1 enthielt, wurdoizu einem anderen Teil
mit 222 g des calcinierten Seltene Erden/Natrium-Y-Katalysators des Beispiels 1 zugegeben, um 10 ppm
Platin zu erhalten. Es wurde dann gemäss der Arbeitsweise des Beispiels 1 ein Katalysator hergestellt.
Die Krackeigenschaften der Katalysatoren der Beispiele 1 und 2 wurden untersucht. Ein breiter
Schnitt eines Mid-Kontinent-Gasölbeschickungsmaterials
wurde bei 4960C (9250P) bei einem Katalysator zu öl
Verhältnis von 3» bezogen auf das Gewicht, einer Raumgeschwindigkeit
in Gewicht pro Stunde von 8,3, einer Katalysatorverweilzeit von 2,4 min gekrackt. Es
wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Umsatz (YoI.-%)
Cc+ Benzin (Vol.-%)
Gesamt Cz1. (Vol.-%)
Trockenes Gas (Gew.-%)
Koks (Gew.-%)
Kohlenstoff auf Katalysator (Gew.-%)
Wasserstoff-Paktor **
74.4 | 70.7 | 72.1 |
65.0 | 63.O | 64.3 |
14.4 | 12.6 | ■13.3 |
6.4 | 5.6 | 5.6 |
2.5 | 2.3 | 2.3 |
0.71 | O.65 | O.65 |
39 | 27 | 30 |
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* Katalysator ohne Metallkomponente ** 100 χ (Mole H2/Mole C1 + G2)
Die beiden Katalysatoren wurden in zwei aufeinanderfolgenden Stufen regeneriert. Die Bedingungen
der Regenerationsstufen waren folgende:
Luft wurde über den Katalysator mit einer Geschwindigkeit von 25 cm5/min/s Katalysator bei 5380C (10000P)
und atmosphärischem Druck während 8 min geleitet und das Gas gesammelt.
Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
(Mol-%)
(Mol-%; C02/C0
Anrängl. Kohlenst. (Gew.-%) Endgült. Kohlenst. (Gew.-%)
Zweite Stufe
3.5 | 5 | .2 | 4 | .0 |
2.7 | 0 | 3 | .2 | |
1.3 | Ck | 1 | .3 | |
0,71 | 0 | .65 | ||
0.42 | 0 | .43 | _ |
, (Mol-%) 2.0 2.7 2.4
(Mol-%) 1.2 0 1.7
C02/C0 1.7 (to 1.4.
Anrängl. Kohlenst. fGew.-%} 0.42 0.43
Endgült. Kohlenst. (Gew.-%; 0.28 0.26
* Katalysator ohne Metallkomponente
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— 12 — Beispiel 3
Ein Seltene Erden/Natrium-Y-Katalysator (222 g)
wurde in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, er wurde jedoch nicht calciniert. Anschliessend
wurden 163 cnr einer wässrigen HpPtClfi-Lösung,
die 0,0137 g Pt/1 enthielt, zugegeben, um
0,001 Gew.-% (10 ppm) Platin vorzusehen. Eine^Katalysatorzusammensetzung,
die 1 ppm Platin enthielt, wurde dann gemäss der gleichen Arbeitsweise, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt.
Die Krackwerte, die bei Verwendung des gleichen Beschickungsmaterials wie bei den vorhergehenden
Beispielen und unter denselben Bedingungen erhalten wurden und die Regenerationswerte, die unter den
gleichen Bedingungen, wie bei den vorhergehenden Beispielen erhalten wurden, waren folgende:
Umsatz (Vo1-%) 76.2 74.4
Koks (Gew.-%) 3.O 2.4
Kohlenst. auf Katalysator (Gew.-%) 0.84 O.69
Wasserstoff-Faktor 29 17
CO5 (Mo1-%) ^ ( -%)
(Mo 1 COp/CO
EnSgült. Kohlenstoff (Gew.-%)
EnSgült. Kohlenstoff (Gew.-%)
Stufe 1 | .3 | Stufe 1 |
8 | .6 | 3.3 |
0 | 3.0 | |
13 | .56 | 1.1 |
0 | 0.56 |
509 8147 1041
- -15 -
CO /CO .
Enigült. Kohlenstoff (Sew.-^) Ol1^
Bas erholffce G0p/€50-Ho!Verhältnis bei Segenwart
von mir 1 ppm ELarfein zeigt deotlich den Ibrteil
der Metallkömpanente" bei dem: erfindxmgsgeniässen
Katalysator., '
Ein mit Seltenen Erden ausgetauschter Y-Zeolitb
(15,,8 Gew.-^ SB0Oz* 2*7% Sa) wurde mit einer wässrigen
Lösung,, die ^Pt(lK5)&j Cl^ enthielt, aufge sch lammt.
Der erhaltene platinenthaltende Zeolith wurde filtriert, bei 1.21 °0 (25Q0F) getrocknet una 1 h bei 64$°C (1200°F)
calciniert. Ber erhaltene Zealith wurde, wie in Beispiel 1
be schrieben r in eine Matrix eingebracht, um einen
Krackkatalysator zxi erhalten, der 10 Gew.—% des
Zeolithen mit einem Zusatz von 1ppm Platin enthält.
Ein Katalysator ohne Zusatz wurde auf ähnliche Weise hergestellt, wobei das IFt(IH ) fG'l bei der Zeolith-
aufschlämmung weggelassen wurde.
Beide Katalysatoren wurden auf 1JGQ0Q (14000F)
erhitzt und wie in Beispiel 1 mit Bampf behandelt» verwendet^um die Beschickung des Beispiels, 1 zu kracken
und unter den Bedingungen des Beispiels 2 regeneriert.
14/1041
Es wurden folgende Ergebnisse erbalten.
Beisp.4 ohne
Umsatz (Vol-%)
Koks (Gew. -%)
Kohlenst. auf Katalysator· (Gew.-%]
Wasserstoff-Faktor
0, (Mol-%)
CCT (Mol-%)
76el | 73.9 |
2.8 | 2.5 |
0.82 | 0.73 |
19 | 16 |
Stufe 1 | Stufe 1 |
5.9 | 3.3 |
0.15 | 1.7 |
39 | 1.9 |
Ein handelsüblicher Krackkatalysator, der aus
Seltene Erden-Y-Zeolith und 85% Matrix aus 5?t4%
Siliciumoxid, 0,6^ Altoainiumoxyd, 40% ϊοη und 2,0%
Zirkonoxyds der sprühgetrocknet, mit Ammoniumnitrat
ausgetauscht und mit ¥asser gewaschen war, wurde mit einer wässrigen. lösung eines Seltenen Erde-Chlorids
und Pt(III5J)MGl5. in ausreichender Menge auf ge sch la mmt „
um beim fertigen Katalysator einen Gehalt von 3% SEpO, und 2 ppm Platin zu erhalten. Ber Katalysator
wurde sprühgetrocknet» in Stickstoff erhitzt, und anschliessend 4 h bei 7600C (14-000F) mit Dampf
behandelt. Ein Katalysator ohne Platin wurde auf ähnliche Meise hergestellt und behandelt» wobei das
aus der Aufschlämmung weggelassen wurde.
SOS8UM041
Beide Katalysatoren wurden zum Kracken des Beschickungsmaterials des Beispiels 2 verwendet und
unter den in Beispiel 2 angegebenen Bedingungen regeneriert. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Beisp.5 ohne
Umsatz (Vo1-%) 79.5 78.8
Koks (Gew.~%) 3.3 3.1
Kohlenst. a. Katalysator(Gew.-%) 0.945 0.884
Wasserstoff-Faktor 15.8 12.1
Regeneration CO2 (Mol-%)
co2/co
COp ΓΜοΙ-% CO (Mol-%
C0o/C0
Stufe 1 Stufe 1
8 | .2 | ,7 | 4 | .2 |
1 | .2 | ,25 | 3 | .4 |
6 | .8 | 1 | .2 | |
Stuf« | ϊ 2 | |||
5. | ||||
0. | ||||
23 | ||||
Es wurde eine Anzahl von Metallen der Platingruppe und Rhenium zur Behandlung eines Katalysators
verwendet, der 15% Seltene Erden-Y-Zeolith auf einer
Siliciumoxyd/Aluminiumoxyd/Ton/Zirkonoxyd-Matrix
(ähnlich dem des Beispiels 5) enthielt. Lösungen der Metallsalze in geeigneter Konzentration wurden
zum Katalysator zugegeben, bis er nass war. Der fertige Katalysator wurde 24 h bei 1210C (2500F)
getrocknet, über 5 1/2 h in Stickstoff bei 7£0°C (14000F) erhitzt und 4 h mit Dampf behandelt. Die
509814/1041
Metallsalze waren die Chloride von Iri^iiium, Osmium
und Rhodium und [Ru(NH^)1-Cl2J Cl2, Rhenium--di(äthylendiamin)dioxydchlorid, Pt(NH5)^Cl2 und Pd(NCK)2.
Eine Gesamtmenge an Metall entsprechend 3 ppm wurde
auf diese Weise vorgesehen. Nach dem Kracken eines
breiten Schnittes einer Mid-Kontinent-Gasölbeschickung und Untersuchungen der Regeneration, wie in Beispiel 2 wurden folgende Ergebnisse erhalten:
und Rhodium und [Ru(NH^)1-Cl2J Cl2, Rhenium--di(äthylendiamin)dioxydchlorid, Pt(NH5)^Cl2 und Pd(NCK)2.
Eine Gesamtmenge an Metall entsprechend 3 ppm wurde
auf diese Weise vorgesehen. Nach dem Kracken eines
breiten Schnittes einer Mid-Kontinent-Gasölbeschickung und Untersuchungen der Regeneration, wie in Beispiel 2 wurden folgende Ergebnisse erhalten:
S09814/1041
Stufe 1 ohne
Stufe 2
9 (Mol-%)
CO, (Mol-%)
C02/C0
CO, (Mol-%)
C02/C0
CO2, (Mol-%) 3.8
CO, (Mol-%) 3.7
C02/C0 1.0
CO, (Mol-%) 3.7
C02/C0 1.0
ohne
Pt | ; | Ir | .7 | Os | Pd | Rh | Ra | Re | Pt+Re* | |
7.1 | — — | 5 | .3 | 4.2 | 4.6 | 4.9 | 4.5 | 3.8 | 4.6 | |
0.15 | 0 | 2.8 | 1.15 | 1.2 | 2.8 | 3-5 | 3.1 | |||
47 | 19 | 1.5 | 4.0 | 4.0 | 1.6 | 1.1 | 1.5 | |||
Pt | Ir | Os | Pd | Rh | Ru | Re | Pt+Re* | |||
— | 2.0 | — | 2.7 | 3.5 | 2.7 | — | ||||
— | 1.65 | -- | 0.7 | 1.0 | 1.4 | —. | ||||
__ | 1.2 | __ | 3-9 | 3.5 | 1.9 | |||||
* Hergestellt aus H2PtCIg und HReO^, um 1,5 ppm des Jeweiligen Metalles vorzusehen.
- 18 Beipiel 7
In diesem Beispiel wurde der Gleichgewichtskatalysator, der aus einer handelsüblichen FCC-Einheit
genommen wurde, verwendet. Ein breiter Schnitt einer Mid-Kontinent-Gasö!beschickung wurde bei 4980C
(9290I1) , einem Katalysator zu ö !verhältnis von 3>
und einer Katalysatorverweilzeit von 2,4 min gekrackt. Der Katalysator wurde am Ort in 2 Stufen unter den
in Beispiel 2 angegebenen Bedingungen regeneriert. Dann wurde das gleiche Gasöl, das jedoch nun Platinacetylacetonat
darin in ausreichender Menge gelöst enthielt, in den Kracker unter gleichen Bedingungen
ausser etwas höherer Temperatur eingeführt, um 1 ppm Platin auf dem Katalysator vorzusehen. Der
Katalysator wurde wiederum regeneriert. Anschliessend
wurde die Platin-enthaltende Beschickung wiederum über dem gleichen Katalysator gekrackt und der Katalysator
wiederum regeneriert. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
, Gasöl Gasöl + Gasöl +
Krackzufuhr Pt Pt
Cyclus n 12 3
Temperatur °C 498,4 502 496,6
» 0F 929 936 926
Umsatz (Vol.-%) 56.5 57.3 50.4
Koks (Gew.-%) 2.3 2.4 Kohlenst.a.Katalysator(Gew.-%) 0.67 0.67 O.67
Wasserstoff-Faktor 25 29 3'1
509814/1041
Regeneration | 3 2 1 |
.2 .7 .2 |
Stufe 1 |
CO9 (Mol-%) CO^ (Mol-%) co2/co |
0 | 5.1 0.18 28 |
|
Geschätztes Pt auf Katalysator am Ende des Cyclus, ppm |
1 | ||
56
Der Katalysator enthielt als Bestandteil mit kleinster Porengrösse einen mit Seltenen Erden
ausgetauschten Y-Zeclithen.
Ein handelsüblicher poröser Siliciumoxyd/Aluminiumoxyd-Wirbelschichtkrackkatalysator,
der aus 13% Al^O,,
und 87% SiOp bestand, wurde mit einer wässrigen Lösung aus Pt(NH3)^Cl2 imprägniert, bei 1210C (2500j7) im
Ofen getrocknet, anschliessend erhitzt und wie in Beispiel 1 bei 7600C (14000F) mit Dampf behandelt. '
Die Menge der eingebrachten Platinverbindung entsprach 3 ppm des Metalls. Der Katalysator ohne Metallzusatz
(ohne), der in ähnlicher Weise behandelt war, und der Platin enthaltende Katalysator wurden zum Wirbelschichtkracken
einer Mid-Kontinent-Gasöl-BeSchickung verwendet und dann unter den in Beispiel 2 angegebenen Bedinungen
regeneriert . Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
S098U/1041
Umsatz' (Vol.-%)
Koks (Gew.-%)
Kohlenstoff a. Katalysator(Gew.-%)
0 (Mol-%) CXT (Mol-%)
co2/co
Beisp. | 4 | .8 | 8 | 8 | ohne | 1 | .6 | 2 |
35 | Sl | .82 | 05 | 35. | .54 | 2 | ||
.52 | 1. | ,44 | 8 | |||||
O | 0. | |||||||
Stufe | 2. | |||||||
4. | 1. | |||||||
so. | 1. | |||||||
96 | ||||||||
Pliessbettkatalysatoren werden durch die Gegenwart der Metallkomponenten gemäss der Erfindung
gleichfalls verbessert.
(a) Ein Katalysator ohne MetalIkomponente wurde hergestellt,
indem 7»5% des calcinierten, mit Seltenen
Erden ausgetauschten Y-Zeolithen des Beispiels 4 und 40% Aluminiumoxyd der feinsten Kornfraktion in
eine Siliciumoxyd/Aluminiumoxyd-Matrix (93,6% SiO2»
6,4% Al2O5) mittels der in der US-PS 3 140 249
beschriebenen "Bead"-Arbeitsweise eingebracht wurden.
Nach Basenaustausch und Waschen wurden die Hydrogelperlen in reinem Dampf bei atmosphärischem Druck
und 1320C (2700P) 15 min getrocknet und anschliessend
15 min bei 1710C (3400P) behandelt. Der getrocknete
Katalysator wurde durch eine 14-stündige Dampfbehandlung
bei 6990C (12900P) mit 100% Dampf bei
atmosphärischem Druck fertig-gestellt. Dieser
509814/1041
Katalysator ohne Zusatz wurde zum Kracken eines Mid-Kontinent-Gasöls bei 468,5°C (8750I), einer
Raumgeschwindigkeit in Flüssigkeit pro Stunde von 3 und einem Katalysator/Ölverhältnis von
in einem Festbett verwendet, wobei die Betriebszeit 10 min betrug. Der verbrauchte Katalysator wurde
regeneriert und das CO^CO-Verhältnis bestimmt. (b) Ein mit Seltenen Erden ausgetauschter Y-Zeolithfilterkuchen,
1530,6 g, der 49,0% = 750 g an Feststoffen enthielt, wurde mit 160 cnr einer
die 10,03 mg Pt enthielt, bis zur Gleichförmigkeit gemischt und anschliessend
bei 1210C (2500F) getrocknet und 3 h bei 649°C
(12000F) calciniert. Das Produkt enthielt 13,4 ppm Platin, um nach Mischen mit der Matrix einen
Katalysator mit 1 ppm Platin zu ergeben. Die Herstellung des Katalysators wurde} wie vorstehend
beschrieben^ vollendet.
(c) Das Zeolith/Matrix-Perlenhydrogel ohne Zusatz wurde 1 h mit einer ausreichenden Menge an Pt(NH,) Clp-Iösung
behandelt, um 1 ppm Platin, bezogen auf den fertigen Katalysator zu erhalten.
(d) Der in (a) beschriebene calcinierte Zeolith wurde zur Herstellung eines ähnlichen Katalysators wie
jenen der in (a) beschrieben ist, verwendet, jedoch mit der Ausnahme, dass die Matrix etwa
2200 ppm cogeliertes Cr2O, enthielt.
Diese Katalysatoren wurden gleichfalls zum Kracken der genannten Beschickungen unter den gleichen Bedingungen
verwendet, und gemäss den Bedingungen des
Beispiels 2 regeneriert · Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
5 09814/ 1041
Katalysator ,βλ /νλ /äN (d)
Umsatz (Vol.-*) 68.8 69.3 70.4 70.9
Koks (Gew.-*) . 2·9 3.2 3.1 3.2
COp (Mol-*) 4 8 θ"
CO^ (Mol-*) lii iß'
co2/co
8 | .3 | 5 | .4 |
0 | .2 | 5 | .0 |
42 | 1 | .1 |
Ein handelsüblicher von Ton abgeleiteter Aluminiumsilicatzeolith-Krackkatalysator,
der etwa 55 Gew.-% Aluminiumoxyd und etwa 45 Gew.-% Siliciumoxyd enthielt,
und eine durchschnittliche Teilchengrösse zwischen 58 und 64 Mikron hatte, wurde bei diesem Beispiel
verwendet. Eine 1000g Probe wurde mit 3500 cm^ einer
Lösung gemischt, die 58>4 g SECl,.6HpO und 2,7 mg
Pt als Platin-tris(äthylendiamin)tetrachlorid enthielt.
Nach 30 miniitigem Rühren bei 75°C wurde der Katalysator
abfiltriert, mit Wasser gewaschen und bei 13710G (25000P)
getrocknet. Der Katalysator enthielt 3 ppm Platin
und 3 Gew.-% an Seltenen Erdenoxyd. Eine andere Probe des gleichen von Ton abgeleiteten Katalysators ("ohne")
wurde in ähnlicher Weise behandelt, jedoch ohne Platin aber mit einer etwas höheren Konzentration an
Seltenen Erden in der Lösung. Der fertige Katalysator
509814/1041
enthielt 4,2 Gew.-% Seltene Erdenoxyd. Beide Katalysatoren wurden mit Dampf behandelt und bezüglich
ihrer Krackeigenschaften wie in Beispiel 2 untersucht.
Ein Teil jedes verkokten Katalysators der Untersuchung wurde mit einem nicht verkokten, mit Dampf
behandelten Katalysator vermischt, so dass der Kohlenstoffgehalt der Mischung 0,65 Gew.-% betrug. Es
wurde bei 727°C (134O0I1) und atmosphärischem Druck
unter Verwendung von 1,38 Mol Sauerstoff je Mol Kohlenstoff regeneriert und das Gas gesammelt.
Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
CO0 (Mo 1-%) 9.1 7.6
CO2 (Mol-*) °-3 3.6
C02/00 30 2.1
Der Katalysators des Beispiels 4-, der 1 ppm Platin enthält, wurde 3 Stunden in N2 bei 649°C (12000F)
calciniert. Ein breiter Schnitt einer Mid-Kontinent-Gasö!beschickung
wurde bei 4-880C (910°P), einem
Katalysator zu ölverhältnis von 2,0, bezogen auf das Gewicht, einer Raumgeschwindigkeit in Gewicht pro
Stunde von 12,5 und einer Katalysatorverweilzeit von 2,4 min über diesem Katalysator gekrackt.
509814/1041
Der verkokte Katalysator dieses Laufs wurde mit verschiedenen Mengen eines handelsüblichen zeolithischen
Gleichgewichtskatalysators, der aus einer handelsüblichen FCC-Einheit genommen wurde, gemischt. Dieser
Katalysator, der kein Platin enthielt, war regeneriert worden, und dann zum Kracken der gleichen Gasölbeschickung
wie in Beispiel 1 unter den gleichen Bedingungen verwendet worden.
Die verschieden gemischten verkokten Katalysatoren wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2
regneriert. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Pt-enthaltender Go GQ
Katalysator in Geschätztes 2
der Mischung Pt in der (Mol-%) (Mol-%) COp/CO
(Gew.-%) Mischung, ppm
O | 0 | 5.7 | 5.0 | 1 | .1 |
1 | 0.01 | 4.6 | 2.4 | Ί | .8 |
2 | 0.02 | 4.8 | 2.4 | 1 | .9 |
4 | 0.04 | 4.4 | 2.3 | 1 | • 9 |
20 | 0.20 | 6.7 | 0.6 | 11 | |
50 | 0.50 | 6.1 | 0.68 | S | .0 |
100 | 1.0 | 8.1 | 1.3 | 6 | .2 |
Der Katalysator enthielt mit Seltenen Erden ausgetauschten Y-Zeolithen als Bestandteil mit kleinster Porengrösse.
509814/1041
Dieser Versuch zeigt, dass selbst bei so niedrigen Konzentration an zugegebener Metallkomponente wie
0,01 ppm das COp/CO-Verhältnis während der Regeneration
erhöht wird.
Der Katalysator mit zugegebener MetalIkomponente
kann selbst eine Menge an Metallkomponente enthalten, die grosser ist als die der endgültigen Krackkatalysatormischung,
wie z.B.j aber nicht notwendigerweise, 100 ppm, vorausgesetzt, dass entweder bei der Verwendung des
Katalysators beim Kracken oder bei der Regeneration des verwendeten Katalysators dieser mit einem Krackkatalysator,
der weniger oder keine Metallkomponente enthält, in ausreichender Menge gemischt wird, um die
Gesamtmenge an zugegebener Metallkomponente auf eine Konzentration unter 100 ppm zu verringern.
Aus den Werten, die als Ergebnis des Krackens und der nachfolgenden Regeneration erhalten wurden,
ist ersichtlich, dass die Katalysatoren gemäss der Erfindung bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen
gleich wirksam sind wie übliche Krackkatalysatoren. Bei der Regenerationsstufe ist das COq/GO-Verhältnisabgas
ausserordentlich höher als bei Katalysatoren ohne Zusatz an Metallkomponente. Die Art des Katalysators,
die Beschickung oder die Art und Weise der Einführung der neuen Komponente stören die Wirksamkeit der
Regenerationseffizienz nicht.
5 09 8 U/ 1041
Claims (1)
- Patentanspruch e1. Krackkatalysator zur Verwendung ohne zugesetztem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er eine oder mehrere katalytisch aktive Komponenten mit ausreichend grosser Porengrösse, um Benzol aufzunehmen, und in Verbindung mit wenigstens einer dieser Komponenten wenigstens ein Metall der Perioden 5 und 6 der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente oder Rhenium, oder eine Verbindung wenigstens eines dieser Metalle in einer Menge des Metalls oder der Verbindung von bis zu 50 ppm des Katalysatorgesamtgewichts, berechnet als Metall, umfasst.2. Krackkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Metalls oder der Verbindung 0,1 ppm bis 20 ppm beträgt.3. Krackkatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Metalls oder der Verbindung 0,1 bis 15 PPm beträgt.4. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Siliciumoxyd in Verbindung mit Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd oder Zirkonoxyd oder Ton oder einer Mischung derselben umfasst.509814/10415. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er einen
kristallinen Aluminosilicatzeolithen in einer Matrix aus Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd,
Zirkonoxyd oder Ton oder einer Mischung derselben umfasst.6. Krackkatalysator nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith und die Matrix aus einem Ton erhalten wurden.7· Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente Platin, Palladium oder eine Verbindung derselben ist.8. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 5-bis 7i dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Aluminosilicat mit Seltenen Erden ausgetauscht
ist.9. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente durch Ionenaustausch während der Herstellung des Katalysators oder durch Ionenaustausch des fertigen Katalysators eingebracht ist.509814/104110. Krackkatalysator nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente durch Ionenaustausch in einen kristallinen Aluminosilicatzeolithen eingebracht ist und das erhaltene ausgetauschte Produkt mit einer porösen Matrix kombiniert ist.11. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente durch Imprägnieren mit einer Lösung einer Verbindung des Metalls während der Herstellung des Katalysators oder durch Imprägnieren des fertigen Katalysators eingebracht ist.12. Krackkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente aus einer KohlenwasserstoffbeSchickung, die Krackbedingungen unterworfen wurde, auf dem
Katalysator abgelagert ist.13· Verwendung des Krackkatalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Kracken von Kohlenwasserstoff be Schickungen.Ausführungsform nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator fluidiziert wird.5098 14/1041• - 29 -15· Ausführungsform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in Form eines Fliessbettes verwendet wird.16. Ausführungsform nach einem der Ansprüche 13 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente während des Verfahrens auf dem Katalysator in Form einer in der Kohlenwasserstoffbeschickung löslichen Metallverbindung niedergeschlagen wird.17· Ausführungsform nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallverbindung ein Metalldiketonat, Metallcarbonyl, Metallocen, ein Metallolefinkomplex mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einMetallacetylenkomplex, ein Alkyl- oder Arylphosphinmetallkomplex oder ein Metallcarboxylat mit 1 bis Kohlenstoffatomen verwendet wird.18. Ausführungsform nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, dass als Metallverbindung Platinacetylacetonat verwendet wird.509814/1041
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