DE2459103A1 - CATALYST FOR THE HYDRATION OF OLEFINS, AND THEIR PRODUCTION AND USE - Google Patents
CATALYST FOR THE HYDRATION OF OLEFINS, AND THEIR PRODUCTION AND USEInfo
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Dr. CL lor F.'Morf
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3 fa won CTi -^1 i-i^.^üVKiua/str. 243 fa won CTi - ^ 1 ii ^. ^ ÜVKiua / str. 24
13, Dez.-1974Dec. 13-1974
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NATIONAL DISTILLERS AND CHEMICAL CORPORATION New York, N.Y. 10016, V.St.A.NATIONAL DISTILLERS AND CHEMICAL CORPORATION New York, N.Y. 10016, V.St.A.
Katalysator für die Hydratisierung von Olefinen sowie dessen Herstellung und VerwendungCatalyst for the hydration of olefins and their production and use
Die'Verwendung von Glas als Träger für Katalysatoren ist in vielen Berichten im technischen Schrifttum beschrieben. So verwenden z.B. Uemaki und Mitarbeiter (Chemical Abstracts, 74:75964 und 73:3408) Glasperlen als festes Verdünnungsmittel für einen mit Phosphorsäure getränkten Kieselgurkatalysator. Die Verwendung von Glas oder Quarz im Gegensatz zu porösem Glas oder Glasperlen als Träger für Η,ΡΟ. zur Herstellung eines Katalysators ist von Langlois und Mitarbeitern in "Petroleum Refiner", Band 31, Nr. 8, 1952, sowie in der FR-PS 1 294 712 beschrieben. Die Verwendung von porösem Glas als Träger für Katalysatoren, die nicht für die Hydratisierung von Olefinen bestimmt sind, ist in der PR-PS 1 492 495· und der DT-OS 1 814 253 beschrieben. Die Verwendung von unporösem Glas oder Glasperlen als Katalysatorträger ist aus vielen Veröffentlichungen, unter anderem.aus der US-PS 2 847 475. und der R-PS 48 909, bekannt.The use of glass as a support for catalysts is in many reports in technical literature. For example, Uemaki et al. (Chemical Abstracts, 74: 75964 and 73: 3408) glass beads as a solid diluent for a kieselguhr catalyst impregnated with phosphoric acid. The use of glass or quartz as opposed to porous glass or glass beads as a carrier for Η, ΡΟ. for the production of a catalyst is by Langlois and coworkers in "Petroleum Refiner", Volume 31, No. 8, 1952, as well as in the FR-PS 1 294 712 described. The use of porous glass as a support for catalysts other than hydration are determined by olefins is described in PR-PS 1,492,495 and DT-OS 1,814,253. The use of non-porous Glass or glass beads as a catalyst carrier is known from many publications, including US Pat. No. 2,847,475. and the R-PS 48 909, known.
509829/0820509829/0820
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Es wurde nun gefunden, dass ein verbesserter Katalysator zur Hydratisierung von Olefinen unter Verwendung eines siliciumdioxidreichen, porösen Glasperlenträgers mit besonderen Struktur- und Oberflächeneigenschaften hergestellt v/erden kann. Die mit Phosphorsäure getränkten Glasperlen bilden einen wirksamen Katalysator und haben eine hohe Druckfestigkeit.It has now been found that an improved catalyst for the hydration of olefins using a high silica, porous glass bead carrier with special structural and surface properties produced v / ground can. The glass beads soaked with phosphoric acid form an effective catalyst and have a high compressive strength.
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zum Hydratisieren von Olefinen, der aus mit wässriger Phosphorsäure getränkten, siliciumdioxidreichen, porösen Glasperlen mit besonderen Struktur- und Oberflächenmerkmalen besteht.The invention relates to a catalyst for the hydration of olefins, which is made from silicon dioxide-rich, porous glass beads with special structural and surface features.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden siliciumdioxidreiche Glasperlen, die bestimmte Struktur- und Oberflächenmerkmale aufweisen, mit wässriger Phosphorsäure getränkt, und der so erhaltene Katalysator wird in Ruheschüttung für die Dampfphasenhydratisierung von Olefinen verwendet.According to a preferred embodiment of the invention silicon dioxide-rich glass beads, which have certain structural and surface features, soaked with aqueous phosphoric acid, and the catalyst obtained in this way is in quiescent bed used for vapor phase hydration of olefins.
Der Katalysatorträger besteht aus siliciumdioxidreichen porösen Glasperlen, die sich durch die folgenden Eigenschaften kennzeichnen:The catalyst support consists of silicon dioxide-rich porous glass beads, which are characterized by the following properties mark:
Teilchengrösse und -form: Teilchen, vorzugsweise von kugelförmiger Gestalt, mit Martin-Durchmessern von 0,5 bis 25,0 mm, vorzugsweise von 2,0 bis 4,8 mm. (Der Martin-Durchmesser ist der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Teilchens, quer über das Teilchen hinweg und auf einer Linie, die die projizierte Fläche halbiert, gemessen); vgl. Martin und Mitarbeiter, Transactions of the Ceramic Society (Eng.), Band 23, 1924, Seite 61.Particle size and shape: particles, preferably spherical Shape, with Martin diameters from 0.5 to 25.0 mm, preferably from 2.0 to 4.8 mm. (The Martin diameter is the distance between opposite sides of the particle, across the particle and on a line that bisects the projected area, measured); See Martin et al., Transactions of the Ceramic Society (Eng.), Volume 23, 1924, page 61.
Porenvolumen 0,4-1,0 cnr/g> vorzugsweisePore volume 0.4-1.0 cnr / g> preferably
0,5-0,80 cmVg0.5-0.80 cm
Mittlerer Porendurchmesser 30-1000 $ Schüttdichte 0,5-0,8 g/cm5 Mean pore diameter 30-1000 $ bulk density 0.5-0.8 g / cm 5
- 2 509829/0820 - 2 509829/0820
433 168433 168
Mittlere Druckfestigkeit mehr als 4,54 kg (50 Teilchen)Average compressive strength more than 4.54 kg (50 particles)
Ausdehnungskoeffizient 0,5-0,8 χ 10" (0-300° C) ' Expansion coefficient 0.5-0.8 χ 10 "(0-300 ° C) '
Spezifische Oberfläche (BET) 50-300' m2/b Specific surface area (BET) 50-300 m 2 / b
Zusammensetzung: SiOp mehr als 95 Y° Composition: SiOp more than 95 Y °
weniger als.0,02 $ 2 - weniger als 1 $ Pe2O^ weniger als 1 f£less than $ 0.02 2 - less than $ 1 Pe 2 O ^ less than 1 f £
Y7ärmebeständig bei Temperaturen bis 1000° C.Y7 heat resistant at temperatures up to 1000 ° C.
Gegen den Angriff durch wässrige Phosphorsäure bei Konzentrationen bis 70 Gewichtsprozent bei Temperaturen bis 270° C für eine Zeitdauer bis 1000 Stunden chemisch widerstandsfähig und mechanisch beständig.Against attack by aqueous phosphoric acid at concentrations Chemically resistant up to 70 percent by weight at temperatures up to 270 ° C for a period of up to 1000 hours and mechanically resistant.
Die mittlere Druckfestigkeit der Glasperlen wird mit dem Chatillon-Tablettenfestigkeitsprüfgerät bestimmt, welches die Mindestkraft misst, die erforderlich ist, um ein Teilchen zwischen parallelen Platten zu zerdrücken.The mean compressive strength of the glass beads is determined with the Chatillon tablet strength tester, which the Measures the minimum force required to crush a particle between parallel plates.
Geeignete Glasperlen sind im Handel erhältlich. Ein Beispiel dafür sind die porösen Glasperlen "Typ 1C2", hergestellt von der Pittsburgh Plate Glass Company. Andernfalls können solche mikroporösen Glas-Katalysatorträger auch nach bekannten Verfahren, z.B. dem Verfahren der DT-OS 2 309 449,· hergestellt werden. ' ...Suitable glass beads are commercially available. An example of this are the "Type 1C2" porous glass beads manufactured by the Pittsburgh Plate Glass Company. Otherwise, such microporous glass catalyst supports can also be made by known methods, e.g. the process of DT-OS 2 309 449, · produced will. '...
Poröses Glas wird hergestellt, indem man eine bestimmte Glassorte so lange wärmebehandelt, bis eine Mikrophasentrennüng in eine siliciumdioxidreiche Mikrophase und eine zweite, auslaugbare Mikrophase stattfindet, worauf man die Masse kühlt und dann die auslaugbare Phase auslaugt, so dass eine hauptsächlich aus Siliciumdioxid bestehende poröse Struktur hinterbleibt. Ein solches Glas ist ein Alkaliborsilicatglas,'bei dem die Mikrophasen aus einer siliciumdioxidreichen Phase undPorous glass is made by heat treating a certain type of glass until a micro-phase separation occurs into a silica-rich microphase and a second, leachable Micro phase takes place, after which one cools the mass and then leaches the leachable phase, so that one mainly A porous structure consisting of silicon dioxide remains. One such glass is an alkali borosilicate glass, 'bei which the micro-phases from a silicon dioxide-rich phase and
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5 0 9 8 29/00 ? 05 0 9 8 29/00? 0
433 168 η433 168 η
einer natron-"bor-oxidreichen Phase bestehen. Die letztere kann mit Mineralsäure ausgelaugt werden, wobei ein poröses Gefüge aus Siliciumdioxid hinterbleibt. Ein Beispiel für ein solches Glas ist ungeschmolzenes "Vycor"-Glas (hergestellt von der Corning Glass Company). Das ausgelaugte poröse Glas, das aus "Yycor" (Vycor-Bezeichnung 7930) hergestellt worden ist, besteht chemisch zu 96 tfo aus Siliciumdioxid, zu 3 i° aus Boroxid und zu 0,5 i» aus R2O, + RO2 (hauptsächlich Al2O, + und enthält Spuren von Ha2O und As2O-.The latter can be leached with mineral acid, leaving a porous structure of silicon dioxide. An example of such a glass is unmelted "Vycor" glass (manufactured by the Corning Glass Company) porous glass, which has been made from "Yycor" (Vycor designation 7930), there is chemically to 96 tso of silica, 3 to i ° of boron oxide and 0.5 i "of R 2 O, RO 2 + (mainly Al 2 O, + and contains traces of Ha 2 O and As 2 O-.
Das Verfahren zur Herstellung von siliciumdioxdreichem porösem Glas wurde zuerst von Nordberg in "Journal of the American Ceramic Society", Band 27, 1944, Seite 299-305, beschrieben. Russische Forscher (Zhdanov und Mitarbeiter, "Chemical Abstracts", 58:8743) haben gezeigt, dass das Porenvolumen von porösen Gläsern von dem Alkalioxidgehalt des ursprünglichen Glases und von dem jeweiligen Alkalimetall abhängt. Die Porengrösse, d.h. der Porendurchmesser, kann durch die Temperatur und Dauer der Warmevorbehandlung innerhalb weniger Angström gesteuert werden; vgl. Dobychin und Mitarbeiter, "Chemical Abstracts", 60:14228 (1964).The process for making high silica porous glass was first described by Nordberg in "Journal of the American Ceramic Society ", Vol. 27, 1944, pp. 299-305. Russian researchers (Zhdanov et al.," Chemical Abstracts ", 58: 8743) have shown that the pore volume of porous glasses depends on the alkali oxide content of the original Glass and depends on the respective alkali metal. The pore size, i.e. the pore diameter, can be determined by the temperature and duration of the heat pretreatment within a few angstroms being controlled; See Dobychin et al, Chemical Abstracts, 60: 14228 (1964).
Die erfindungsgemäss als Katalysatorträger verwendeten Glasperlen müssen eine hohe Porosität aufweisen, weil sie eine wesentliche Menge wässrige H^PO. enthalten und trotzdem eine trockene Oberfläche haben müssen. Keine dieser beiden Bedingungen ist erfüllt, wenn das Glas unporös ist. Die wesentliche Menge wässriger Phosphorsäure für ein gegebenes Teilchenvolumen oder eine gegebene Teilchengrösse ist für eine hohe katalytische Aktivität erforderlich, während der trockene Zustand erforderlich ist, um den Angriff der Reaktorwandungen durch Phosphorsäure zu vermeiden, wenn der Katalysator an den Wandungen anliegt. Wenn poröse Glasperlen, die die obigen Eigenschaften aufweisen, unvollständig mit Η,ΡΟ. von hoher Konzentration gesättigt werden, werden die gestellten Bedingungen erfüllt.The glass beads used according to the invention as a catalyst carrier must have a high porosity because they contain a substantial amount of aqueous H ^ PO. included and still one must have a dry surface. Neither of these two conditions is met if the glass is non-porous. The essential The amount of aqueous phosphoric acid for a given particle volume or size is for a high one catalytic activity required, while the dry state is required to attack the reactor walls to be avoided by phosphoric acid if the catalyst is in contact with the walls. If porous glass beads having the above Have properties, incomplete with Η, ΡΟ. of high Concentration are saturated, the set conditions are met.
- 4 509829/0820 - 4 509829/0820
433 168 ^433 168 ^
Bei der Hydratisierungsreaktion geht Phosphorsäure aus dem Katalysator "verloren. Es wird angenommen, dass sich in den Poren eine Reaktion zwischen Äthylen und Phosphorsäure unter Bildung eines flüchtigen, aber wärmeunbeständigen Äthylphosphats abspielt. Ein Teil dieser Verbindung verflüchtigt sich aus den Poren, bevor eine Zersetzung zu Phosphorsäure und Äthylen oder eine Umsetzung mit Wasser zu Alkohol und Phosphorsäure stattfindet. Auf diese Weise kann Phosphorsäure aus den Poren hinausgelangen. Die gleiche Reaktion kann sich auch ausserhalb der Poren abspielen, wo die hohe lineare Gasströmungsgeschwindigkeit eine viel schnellere Bewegung ermöglicht, bevor es zur Zersetzung oder Reaktion kommt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis die Säure aus dem Reaktor austritt.In the hydration reaction, phosphoric acid comes out of the catalyst "lost. It is believed to be in the pores a reaction between ethylene and phosphoric acid takes place with the formation of a volatile but heat-unstable ethyl phosphate. Part of this compound evaporates from the pores before decomposing to form phosphoric acid and ethylene or a reaction with water to form alcohol and phosphoric acid takes place. This allows phosphoric acid to escape from the pores. The same reaction can also take place outside the pores, where the high linear gas flow velocity allows much faster movement before decomposition or reaction occurs. This process continues continued until the acid emerges from the reactor.
Wenn der Glasperlenträger mit Phosphorsäure getränkt wird, erhält man einen-Katalysator zur Hydratisierung von Olefinen. Die Tränkung kann erfolgen, indem man ein Gefäss, das wässrige Phosphorsäure enthält, mit den Perlen beschickt, oder indem man ein Gefäss, das die Perlen enthalt, mit Phosphorsäure beschickt. Zweckmässig kann das Gefäss, in dem die Perlen getränkt werden, der Olefinhydratisierungsreaktor selbst sein. Es wird so viel Säure verwendet, dass die Perlen von Säure bedeckt sind, und man lässt die Perlen sich in der Säure für eine ausreichende Zeitdauer vollsaugeri, worauf man die Säure ablaufen lässt. Das Tränkungsverfahren kann ein- oder mehrmals wiederholt werden. Man kann aber auch die H^PO.-Lösung in die Glasperlen in Form von sehr kleinen Tröpfchen von 0,001 bis 0,005 mm Grosse einsprühen, bis der Träger gesättigt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Phosphorsäuregehalt, bestimmt als Kilogramm 100-prozentige H-zPO,, die in federn ηγ des. Katalysators enthalten, ist, fest. Die getränkten porösen Glasperlen können dann in geeigneter Weise, z.B. durch ein erhitztes umlaufendes Gas, wie Stickstoff oder Äthylen, bei erhöhter Temperatur getrocknet werden, so dass man den trockenen Katalysator erhält.When the glass bead carrier is soaked in phosphoric acid, it is obtained a catalyst for the hydration of olefins. The impregnation can be done by filling a vessel containing aqueous phosphoric acid with the pearls, or by a vessel containing the pearls is charged with phosphoric acid. The vessel in which the pearls are soaked can be useful will be the olefin hydration reactor itself. So much acid is used that the pearls are covered with acid The pearls are left to soak in the acid for a sufficient period of time, after which the acid is left to soak expires. The impregnation process can be repeated one or more times. But you can also use the H ^ PO. Solution Spray into the glass beads in the form of very small droplets from 0.001 to 0.005 mm in size until the carrier is saturated is. At this point in time, the phosphoric acid content, determined as a kilogram of 100 percent H-zPO, is in springs ηγ des. The catalyst contained is solid. The soaked porous glass beads can then be suitably used, for example by a heated circulating gas such as nitrogen or ethylene, at increased Temperature are dried so that the dry catalyst is obtained.
- 5 50 98 29/082 0- 5 50 98 29/082 0
433 168433 168
Die zum Tränken der Glasperlen verwendete Η,ΡΟ, wird, als wässrige Lösung eingesetzt, deren Orthophosphorsäurekonzentration im Bereich von 12 bis 85 $, vorzugsweise von etwa 50 bis 60 $, liegt. Das Tränken kann bei Temperaturen von 20 bis 200° G erfolgen, wird aber vorzugsweise im Temperaturbereich von etwa 25 bis 50 C vorgenommen. Gewöhnlich lässt man die Perlen sich 15 Minuten bis 5 Stunden oder langer, vorzugsweise etwa 2 Stunden, in der Säure vollsaugen. Man kann auch längere Behandlungszeiten anwenden; dies ist jedoch im allgemeinen unnötig. Dann lässt man die überschüssige flüssige Säure gewöhnlich 0,5 bis 2 Stunden ablaufen. Das wässrige Lösungsmittel für die Phosphorsäure kann gegebenenfalls Äthanol und/oder einen geringen Prozentsatz eines Netzmittels, wie Polyoxyäthylen, enthalten, um das Pullen der Poren der Glasperlen mit Säure zu erleichtern.The Η, ΡΟ, used to soak the glass beads, is used as an aqueous solution, their orthophosphoric acid concentration in the range from $ 12 to $ 85, preferably from about $ 50 to $ 60, lies. The soaking can take place at temperatures of 20 to 200 ° G, but is preferably in the temperature range of about 25 to 50 C. Usually the pearls are left alone 15 minutes to 5 hours or longer, preferably about 2 hours, soak in the acid. Longer treatment times can also be used use; however, this is generally unnecessary. Then the excess liquid acid is usually left Expire 0.5 to 2 hours. The aqueous solvent for the phosphoric acid can optionally be ethanol and / or contain a small percentage of a wetting agent such as polyoxyethylene to pull the pores of the glass beads with acid to facilitate.
Das Trocknen der getränkten Glasperlen kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen; vorzugsweise arbeitet man jedoch mindestens teilweise mit einem geeigneten Gasstrom, wie Stickstoff oder Äthylen, wobei die Wärme dem Reaktor entweder von aussen her oder durch das vorerhitzte Gas zugeführt wird. Die letztere Arbeitsweise wird bevorzugt. So können die getränkten Perlen z.B. 3 bis 24 Stunden, vorzugsweise 10 bis 15 Stunden, an der Luft und dann 1 bis 4 Stunden, vorzugsweise etwa 2 Stunden, bei Temperaturen von 100 bis 200 0, vorzugsweise von etwa 110° C, im Ofen getrocknet werden.The drying of the soaked glass beads can be any suitable Be done in a manner; however, it is preferred to operate at least partially with a suitable gas stream, such as nitrogen or ethylene, the heat being supplied to the reactor either from outside or through the preheated gas. The latter procedure is preferred. For example, the soaked pearls can last for 3 to 24 hours, preferably 10 to 15 hours Hours, in the air and then 1 to 4 hours, preferably about 2 hours, at temperatures of 100 to 200 0, preferably of about 110 ° C, to be dried in the oven.
Das Ausmaß des Trocknens wird so gesteuert, dass nicht das* ganze Porenvolumen der Perlen von der H^PO, eingenommen wird, d.h., dass der Träger nicht vollständig gesättigt wird. Das von der Säure, eingenommene Volumen beträgt weniger als 100 $, und zwar vorzugsweise etwa 40 bis 85 $ des Gesamtporenvolumens. Der Sättigungsgrad variiert je nach der Konzentrationder Säure in den Poren und der Stärke der zum Tränken verwendeten HvPOi-Lösung. Wenn man z.B. 55-prozentige Säure verwendet, sollen vorzugsweise etwa 70 i» des Porenvolumens nach demThe extent of drying is controlled in such a way that not the whole pore volume of the beads is occupied by the H ^ PO, ie that the carrier is not completely saturated. The volume occupied by the acid is less than $ 100, preferably about $ 40 to $ 85 of the total pore volume. The degree of saturation will vary depending on the concentration of acid in the pores and the strength of the HvPOi solution used for soaking. If, for example 55 percent acid is used, preferably about 70 to i 'of the pore volume after the
- β 50982-9/0820 - β 50982-9 / 0820
433 168 *^433 168 * ^
Trocknen mit H7PO4 gefüllt sein. Da der Träger nicht gesättigt wird, befindet sich praktisch die ganze Säure im Inneren der Poren, so dass die Oberfläche trocken bleibt und die Korrosion der Wandungen des Olefinhydratisierungsreaktors vermieden wird.Drying be filled with H 7 PO 4. Since the support is not saturated, practically all of the acid is inside the pores, so that the surface remains dry and corrosion of the walls of the olefin hydration reactor is avoided.
Der Trägerkatalysator gemäss der Erfindung wird verwendet, um Olefine zu Alkoholen und Äthern zu hydratisieren. Der Katalysator kann bei allen bekannten Verfahren dieser Art verwendet werden und eignet sich besonders zur Umwandlung von Monoolefinen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Äthylen, Propylen und Butylen. Besonders geeignet ist der Katalysator für die Hydratisierung von Äthylen zu Äthanol und Diäthyläther. Die Hydratisierungsreaktion wird im allgemeinen durchgeführt» indem man ein gasförmiges Gemisch aus Olefin und Wasser kontinuierlich bei erhöhten Temperaturen und Drücken mit dem Katalysator in Berührung bringt. Dieses Verfahren ist an sich bekannt und braucht hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.The supported catalyst according to the invention is used to Hydrate olefins to alcohols and ethers. The catalyst can be used in all known processes of this type and is particularly suitable for converting monoolefins with 2 to 10 carbon atoms, such as ethylene and propylene and butylene. The catalyst is particularly suitable for the hydration of ethylene to ethanol and diethyl ether. The hydration reaction is generally carried out » by making a gaseous mixture of olefin and water continuously at elevated temperatures and pressures with the catalyst brings in touch. This method is known per se and does not need to be described in detail here will.
Bei dem bevorzugten kontinuierlichen Dampfphasenhydratisierungsverfahren arbeitet man mit Reaktionstemperaturen von 235-350° C, vorzugsweise 245-300° C, Drücken von 35-105 kg/ cm , vorzugsweise von 61-85 atü, Molverhältnissen von Wasser zu Äthylen von 0,4-2,0, vorzugsweise von 0,5-0,8, und Dampfgeschwindigkeiten von 5-100, vorzugsweise von 15-35 Hm /min/m (Normalkubikmeter je Minute je Kubikmeter Katalysator; Uormalbedingungen sind 1 at und 15° G). Orthophosphorsäurelösung wird dem Reaktor mit der gleichen Geschwindigkeit zugeführt, mit der sie aus dem Reaktor verlorengeht.In the preferred continuous vapor phase hydration process one works with reaction temperatures of 235-350 ° C, preferably 245-300 ° C, pressures of 35-105 kg / cm, preferably 61-85 atm, molar ratios of water to ethylene of 0.4-2.0, preferably 0.5-0.8, and Steam speeds from 5-100, preferably from 15-35 Hm / min / m (normal cubic meters per minute per cubic meter of catalyst; Normal conditions are 1 at and 15 ° G). Orthophosphoric acid solution is fed to the reactor at the same rate as it is lost from the reactor.
Der erfindungsgemässe Katalysator kennzeichnet sich durch eine mittlere Druckfestigkeit (50 Teilchen) von mehr als 4,54 kg, einen Phosphorsäuregehalt von 30-1008, vorzugsweise von 48-480 und insbesondere von 160-480 kg/m Katalysator und eine hochgradige Aktivität für die Hydratisierung von Olefinen zu Alkoholen und Äthern. Der Katalysator eignet sich zwar inThe catalyst according to the invention is characterized by an average compressive strength (50 particles) of more than 4.54 kg, a phosphoric acid content of 30-1008, preferably from 48-480 and especially from 160-480 kg / m of catalyst and a high degree of activity for the hydration of olefins to alcohols and ethers. The catalyst is suitable in
- 7 - ■ 509829/0820- 7 - ■ 509829/0820
433 168 2 433 168 2
erster linie zur Anwendung in Ruheschüttung, kann aber auch. als Wanderbett eingesetzt werden.primarily for use in resting bulk, but can also. can be used as a moving bed.
In den folgenden Beispielen beziehen sich Teile und Prozentwerte auf das Gewicht. In the following examples, parts and percentages are based on weight.
228,6 g (375 ml) kieselsäurereiche poröse Glasperlen (Typ 1C-2 der Pittsburgh Plate Glass Company), die die folgenden Kennwerte aufweisen:228.6 g (375 ml) high silica porous glass beads (type 1C-2 Pittsburgh Plate Glass Company), which have the following characteristics:
Porenvolumen 0,6 cm/gPore volume 0.6 cm / g
Porendurchmesser 800-1000 SPore diameter 800-1000 S
Teilchenform und -grösseParticle shape and size
grob kugelförmig mit mittie- rem Martin-Durchmesser von 3,3 mmroughly spherical with central Martin diameter of 3.3 mm
3 Dichte 0,6 g/cm3 density 0.6 g / cm
werden 2 Stunden bei Raumtemperatur (23° 0) in 55-prozentige wässrige H^PO. eingetaucht, dann ablaufen gelassen und 3 Stunden bei 105° C getrocknet. Die mittlere Druckfestigkeit des so erhaltenen Katalysators (bezogen auf 50 Teilchen) beträgt 6,35 kg, wobei 0 tfo der Teilchen eine Druckfestigkeit <0,9 kg aufweisen,und der Gehalt an freier Phosphorsäure beträgt 27,93 f°, entsprechend 282 kg je nr Katalysator.are 2 hours at room temperature (23 ° 0) in 55 percent aqueous H ^ PO. immersed, then drained and dried at 105 ° C for 3 hours. The mean compressive strength of the catalyst obtained in this way (based on 50 particles) is 6.35 kg, with 0 tfo of the particles having a compressive strength of <0.9 kg, and the free phosphoric acid content is 27.93 °, corresponding to 282 kg each no catalyst.
300 ml (302,9 g) dieses Katalysators werden in einen mit Stahlmantel versehenen Reaktor von 35,5 cm Länge und 4,1 cm lichter Weite eingegeben. Nach dem Beschicken mit dem Katalysator wird der Reaktor, verschlossen und heisses Öl von 264° C durch den Mantel umlaufen gelassen, um den Katalysator zu erhitzen. Wenn die Temperatur der Katalysatorschicht .236° C erreicht, leitet man ein dampfförmiges Gemisch aus Äthylen und Wasser in einem Molverhältnis von Wasser zu Äthylen von 0,558 abwärts durch den Katalysator mit einer Dampfgeschwindigkeit von 30,14 Nm /min/m Katalysator unter einem Druck von 68 atü. Der umgesetzte gasförmige Ablauf strömt durch ein pneumatisch •betätigtes Ventil, das den Reaktionsdruck steuert, und durch300 ml (302.9 g) of this catalyst are placed in a steel jacketed reactor 35.5 cm long and 4.1 cm clear width entered. After charging the catalyst, the reactor is closed and the oil is heated to 264 ° C circulated through the jacket to heat the catalyst. When the temperature of the catalyst layer reaches .236 ° C, a vaporous mixture of ethylene and water is passed in a molar ratio of water to ethylene of 0.558 down through the catalyst with a steam speed of 30.14 Nm / min / m catalyst under a pressure of 68 atm. The converted gaseous effluent flows through a pneumatically • operated valve that controls the reaction pressure and through
S09829/0820S09829 / 0820
433 168433 168
das der Druek des abströmenden Gases auf Atmosphärendruck entspannt wird. ■that the pressure of the outflowing gas relaxes to atmospheric pressure will. ■
Es findet eine Reaktion statt, und ein stetiger Zustand wird erreicht, "bei dem die Katalysatortemperaturen am oberen und am unteren Ende des Katalysatorbettes 265 bzw. 271° C betragen, während der Druck 68 atü beträgt. Um die Aktivität des Katalysators unter den Bedingungen des stetigen Zustandes zu messen, wird abströmendes Gas genau eine Stunde zur Sammlung von Daten über einen Spezialweg umgeleitet. Das abströmende Gas. wird in einem Kühler mit Wasser von 20° C gekühlt, wobei sich eine flüssige Phase kondensiert, die hauptsächlich aus dem synthetisierten Alkohol zusammen mit Wasser besteht. Das unkondensierte Gas wird durch einen Waschturm geleitet, durch den flüssiges Methanol im Gegenstrom zu dem Gas hinabsickert, um das Äthanol und den Äther auszuwaschen. Diese beiden Verbindungen werden in der Methanolwaschflüssigkeit durch Gas-Flüssigkeitschromatographie bestimmt und ausserdem durch Destillation gewonnen. Das Volumen des abströmenden Äthylens wird gemessen. Der Äthanol— und Äthergehalt der kondensierten wässrigen Phase wird ebenfalls durch Gas-Flüssigkeitschromatographie bestimmt, worauf die Produkte durch Destillation gewonnen werden. Nach 35 Stunden erhält man die folgenden Ergebnisse: Die Raum-Zeitausbeute an Alkohol beträgt 167, diejenige an Äther 33,3 1 (bei 20° C) je m5 Katalysator je Stunde. Die Umwandlungsgrade von Äthylen zu Äthanol und Äther betragen 5,83 bzw. 1,31 ^.A reaction takes place and a steady state is reached "in which the catalyst temperatures at the upper and lower ends of the catalyst bed are 265 and 271 ° C., respectively, while the pressure is 68 atmospheres. In order to increase the activity of the catalyst under the conditions of the To measure the steady state, the outflowing gas is diverted for exactly one hour to collect data via a special path The uncondensed gas is passed through a scrubbing tower through which liquid methanol trickles down in countercurrent to the gas to wash out the ethanol and the ether. These two compounds are determined in the methanol scrubbing liquid by gas-liquid chromatography and also obtained by distillation. The volume of the ethylene flowing out is measured The content of the condensed aqueous phase is also determined by gas-liquid chromatography, whereupon the products are recovered by distillation. The following results are obtained after 35 hours: The space-time yield of alcohol is 167, that of ether is 33.3 liters (at 20 ° C.) per m 5 of catalyst per hour. The degrees of conversion of ethylene to ethanol and ether are 5.83 and 1.31 ^ respectively.
Beispiel 2 . Example 2 .
228 g (275 ml) kieselsäurereiche poröse Glasperlen·(Typ 1C-1 der Pittsburgh Plate Glass Company), die die folgenden Kennwerte aufweisen:228 g (275 ml) high silica porous glass beads (Type 1C-1 Pittsburgh Plate Glass Company), which have the following characteristics:
Porenvolumen · 0,6 cm /gPore volume x 0.6 cm / g
Mittlerer Porendurchmesser 100-125 SAverage pore diameter 100-125 S.
Teilchengrösse und -formParticle size and shape
grob, kugelförmig mit mittle- . *coarse, spherical with medium. *
rera Martin-Durchmesser von 4»8 mmrera Martin diameter of 4 »8 mm
Dichte 0,6 g/cm·5 Density 0.6 g / cm x 5
509829/0820509829/0820
werden 3,5 Stunden bei Raumtemperatur (23° G) in 55-prozentige wässrige Phosphorsäure eingetaucht, 2 Stunden ablaufen gelassen und dann 17 Stunden bei 105° C getrocknet; das endgültige Gewicht beträgt 362,2 g. Die Analyse zeigt, dass dieser Katalysator 34-,9O # freie H^PO- enthält und eine mittlere Druckfestigkeit von 13»65 kg aufweist. Der Säuregehalt ent-are 3.5 hours at room temperature (23 ° G) in 55 percent aqueous phosphoric acid immersed, drain for 2 hours left and then dried at 105 ° C for 17 hours; the final Weight is 362.2 g. The analysis shows that this catalyst contains 34-, 9O # free H 1 PO- and a medium one Has a compressive strength of 13 »65 kg. The acidity is
3
spricht 340 kg BUPO. je m Katalysator.3
speaks 340 kg BUPO. per m catalyst.
300 ml (292,9 g) Katalysator werden in dem Reaktor gemäss Beispiel 1 nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zur kontinuierlichen Hydratisierung von Äthylen zu Äthanol in der Dampfphase unter den folgenden Bedingungen verwendet: Druck 68 atü$ Molverhältnis Wasser:Äthylen = 0,55; Dampfgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer 29,22 Nm /min/m Katalysator; Einlass- und Auslassgastemperaturen 262 bzw. 264 C. Die Temperatur des Katalysators beträgt am oberen und am unteren Ende des Katalysatorbettes 265 bzw. 278° C. Die Ergebnisse der Hydratisierung nach 2 1/2 Stunden sind eine Raum-Zeitausbeute an Alkohol und Äther von 164,5 bzw. 50 1 (bei 20 C) je π Katalysator je Stunde bei Umwandlungsgraden von Äthylen zu Alkohol und Äther von 5,89 fi bzw. 2,03 $.300 ml (292.9 g) of catalyst are used in the reactor according to Example 1 according to the process described in Example 1 for the continuous hydration of ethylene to ethanol in the vapor phase under the following conditions: pressure 68 atmospheres molar ratio water: ethylene = 0, 55; Vapor rate of the reactants 29.22 Nm / min / m catalyst; Inlet and outlet gas temperatures 262 and 264 C. The temperature of the catalyst at the top and bottom of the catalyst bed is 265 and 278 ° C. The results of hydration after 2 1/2 hours are a space-time yield of alcohol and ether of 164.5 or 50 l (at 20 ° C.) per π catalyst per hour with degrees of conversion of ethylene to alcohol and ether of 5.89% and 2.03 %, respectively.
Ein grosstechnischer isolierter Druckreaktor wird mit siliciumdioxidreichen porösen Glasperlen beschickt, die die in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften aufweisen.A large-scale insulated pressure reactor is filled with high silicon dioxide charged porous glass beads which have the properties described in Example 1.
In den Reaktor wird 55-prozentige wässrige H^PO, gepumpt, bis die porösen Glasperlen vollständig von der Säure bedeckt sind. Nach 2-stündigem Einsaugenlassen der Säure wird die Saure ablaufen gelassen. Der Katalysator hat in nassem oder trockenem Zustande eine Druckfestigkeit von mehr als 4,54 kg. Der Katalysator wird durch·Hindurchleiten von trockenem Äthylen bei 110° 0 durch das Katalysatorbett getrocknet. Der auf diese Weise an Ort und Stelle hergestellte verbesserte Katalysator wird folgendermassen für die kontinuierliche Dampfphasen-55 percent aqueous H ^ PO, is pumped into the reactor until the porous glass beads are completely covered by the acid. After allowing the acid to soak in for 2 hours, the acid will drain off calmly. The catalyst has a compressive strength of more than 4.54 kg when wet or dry. The catalyst is dried by passing dry ethylene at 110 ° 0 through the catalyst bed. The one on this Improved catalyst prepared in situ is used as follows for continuous vapor phase
- 10 50-9829/0820 - 10 50-9829 / 0820
433 168 M 433 168 M.
hydratisierung eines Olefins zu dem entsprechenden Alkohol und Äther verwendet:hydration of an olefin to the corresponding alcohol and ether used:
Auf 260° C vorerhitztes Äthylen und Wasserdampf (im Molverhältnis Wasser: Äthylen = etwa 0,6) sowie später Kreislauf-Ethylene preheated to 260 ° C and steam (in molar ratio Water: ethylene = about 0.6) and later circulatory
gase werden auf 63 kg/cm a"bs. verdichtet und dann kontinuierlich mit einer Dampfgeschwindigkeit von ungefähr 30 Nmvmin/m Katalysator abwärts durch den Katalysator geleitet, wodurch dieser auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird. Schliesslich wird der Katalysator durch die Reaktionswärme selbst auf eine Endtemperatur des stetigen Zustandes erhitzt. Das abströmende gasförmige Reaktionsgemisch wird unter Druck gekühlt und das flüssige Gemisch in einem Hochdruckabscheider abgetrennt. Der aus dem Abscheider kommende Dampfstrom wird einem Alkoholwäscher zugeführt, wo Alkohol mit Wasser ausgewaschen wird, und die gewaschenen Gase werden über einen Kreislaufverdichter (nach Entnahme eines kleinen Stromes) zum Reaktor zurückgeführt. Die Waschlösung wird mit der flüssigen Phase aus dem Hochdruckabscheider vereinigt und einer Ätherabtriebssäule zugeführt, wo der Äther und andere leichte Bestandteile entfernt werden. Der Äther und die übrigen-leichten Bestandteile gelangen über einen Abgasverdichter und den Kreislaufverdichter schliesslich im Kreislauf in den Reaktor zurück.Gases are compressed to 63 kg / cm a "bs. and then passed continuously downwards through the catalyst at a vapor velocity of approximately 30 Nmv m i n / m catalyst, whereby it is heated to the reaction temperature The outflowing gaseous reaction mixture is cooled under pressure and the liquid mixture is separated in a high pressure separator. The vapor stream coming from the separator is fed to an alcohol scrubber, where alcohol is washed out with water, and the washed gases are via a Recycle compressor (after taking off a small stream) returned to the reactor. The washing solution is combined with the liquid phase from the high-pressure separator and fed to an ether stripping column, where the ether and other light components are removed. The ether and the remaining light components pass via an exhaust gas and finally the circulation compressor in the circuit back into the reactor.
Die aus dem Sumpf der Ätherabtriebssäule abgezogene verdünnte Alkohollösung wird in einer Vorrektifiziersäule konzentriert und dann katalytisch hydriert, um die als Nebenprodukt entstandenen Carbonylgruppen in Alkoholgruppen überzuführen und die als Nebenprodukte entstandenen ungesättigten Verbindungen zu sättigen (z.B. Acrolein in n-Butanol umzuwandeln), damit sie sich leicht durch Destillation entfernen lassen. Das Sumpfprodukt der Vorrektifiziersäule wird im Kreislauf in den Alkoholwäscher zurückgeführt, da es hauptsächlich aus Wasser besteht. IJach der Hydrierung wird der Alkohol weiter durch extraktive Destillation und Rektifizieren gereinigt, so dass man kontinuierlich als Produkt einen Alkohol von hoher Reinheit erhält. Um die aus dem Katalysatorbett verlorengegangeneThe dilute alcohol solution withdrawn from the bottom of the ether stripping column is concentrated in a pre-rectification column and then catalytically hydrogenated in order to convert the carbonyl groups formed as a by-product into alcohol groups and to saturate the unsaturated compounds formed as by-products (e.g. to convert acrolein into n-butanol) with it they can easily be removed by distillation. That Bottom product of the pre-rectification column is circulated in the Recirculated alcohol scrubber as it consists mainly of water. After the hydrogenation, the alcohol continues through Extractive distillation and rectification purified, so that the product is continuously an alcohol of high purity receives. To the lost from the catalyst bed
- 11 '50382970820 - 11 '50382970820
433 168 A 433 168 A
Phosphorsäure zu ersetzen, setzt man am oberen Ende desselben 55-prozentige wässrige H^PO,-Lösung zu.To replace phosphoric acid, one puts at the top of the same 55 percent aqueous H ^ PO, solution too.
Ein Katalysator wird aus 228 g (375 ml) siliciuradioxidreichen porösen Glasperlen (Typ 1G-2) gemäss Beispiel 1 hergestellt. Der in Beispiel 1 beschriebene Reaktor wird mit 300 ml (303 g) Katalysator beschickt und zur kontinuierlichen katalytischen Dampfphasenhydratisierung von Propylen mit V/asser zu Isopropanol und Isopropyläther gemäss einer Abänderung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens an dem in Ruheschüttung vorliegenden Katalysator verwendet.A catalyst is made up of 228 g (375 ml) of silica rich porous glass beads (type 1G-2) produced according to Example 1. The reactor described in Example 1 is filled with 300 ml (303 g) Catalyst charged and for the continuous catalytic vapor phase hydration of propylene with V / water to isopropanol and isopropyl ether according to a modification of the method described in Example 1 on that in quiescent bed present catalyst used.
Nach Beschickung mit dem Katalysator und Verschliessen des Reaktors lässt man heisses Öl von 202° C durch den Mantel umlaufen, um den Katalysator zu erhitzen. Wenn die Temperatur des Katalysatorbettes 200° C erreicht, wird ein dampfförmiges Gemisch aus Propylen und Wasser im Molverhältnis Wasser:Propy-After charging the catalyst and closing the reactor, hot oil at 202 ° C is allowed to circulate through the jacket, to heat the catalyst. When the temperature of the catalyst bed reaches 200 ° C, it becomes vaporous Mixture of propylene and water in the molar ratio of water: propylene
•7. y.• 7. y.
len von 0,57 mit einer Dampfgeschwindigkeit von 41 Nm /min/m Katalysator bei einem Druck von 30 atü abwärts durch den Katalysator geleitet. Das umgesetzte Gas strömt durch ein pneumatisch betätigtes Ventil ab, welches den Reaktionsdruck steuert und das abströmende Gas auf Atraosphärendruck entspannt.len of 0.57 with a steam speed of 41 Nm / min / m Catalyst passed down through the catalyst at a pressure of 30 atmospheres. The converted gas flows through a pneumatic actuated valve, which controls the reaction pressure and relaxes the outflowing gas to atraospheric pressure.
Bei der Umsetzung bildet sich ein stetiger Zustand aus, bei dem die Katalysatortemperaturen am oberen und am unteren Ende des Bettes 200 bzw. 211° C betragen und der Druck 30 atü beträgt. Um die Katalysatoraktivität unter den Bedingungen des stetigen Zustandes zu bestimmen, wird zur Sammlung von Daten abströmendes Gas genau eine Stunde über einen Spezialweg umgeleitet. Das abströmende Gas wird in einem Kühler mit Wasser von 20° C gekühlt, wobei sich eine flüssige Phase kondensiert, die die Hauptmenge des synthetisierten Alkohols zusammen mit Wasser enthält. Das unkondensierte Gas wird durch einen Waschturm geleitet, durch den flüssiges Methanol im Gegenstrom zu dem Gas hinabrieselt, um das Isopropanol und den Isopropyl-During the conversion, a steady state develops in which the catalyst temperatures are at the upper and lower end of the bed are 200 or 211 ° C and the pressure is 30 atmospheres. Data collection is used to determine catalyst activity under steady state conditions outflowing gas diverted for exactly one hour via a special route. The outflowing gas is in a cooler with water cooled from 20 ° C, whereby a liquid phase condenses, which the main amount of the synthesized alcohol together with Contains water. The uncondensed gas is passed through a scrubbing tower through which liquid methanol flows in countercurrent trickles down the gas to remove the isopropanol and isopropyl
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S09829/ÖÖ20S09829 / ÖÖ20
433 168433 168
äther auszuwaschen. Diese Verbindungen werden in der Methanolwaschflüssigkeit durch Gas-Flüssigkeitschromatographie "bestimmt und ausserdem durch Destillation gewonnen. Das Volumen des abströmenden Propylene wird gemessen.'Der Isopropanol- und Isopropyläthergehalt der kondensierten wässrigen Phase wird ebenfalls durch Gäs-Flüssigkeitschromatographie bestimmt, und diese Produkte werden dann durch Destillation gewonnen. Nach 3 Stunden erhält man die folgenden Ergebnisse: Die Raum-Zeitausbeute an Isopropanol beträgt 305 1 (bei 20 C) je m je Stunde. Die umwandlungsgrade des Propylene zu Isopropanol und Isopropyläther betragen 6,03 i° bzw. 0,015 ?». Der Umwandlungsgrad zu Aceton beträgt 0,011 i>. to wash out ether. These compounds are determined in the methanol washing liquid by gas-liquid chromatography and also obtained by distillation. The volume of the propylene flowing off is measured. The isopropanol and isopropyl ether content of the condensed aqueous phase is also determined by gas-liquid chromatography, and these products are then determined by The following results are obtained after 3 hours: The space-time yield of isopropanol is 305 1 (at 20 ° C.) per m per hour. The degrees of conversion of propylene to isopropanol and isopropyl ether are 6.03 ° and 0.015? » The degree of conversion to acetone is 0.011% .
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9 82^/08209 82 ^ / 0820
Claims (10)
50 bis 300 m /g und einem Siliciumdioxidgehalt von mehr als 95 f° mit einer 12- bis 85-prozentigen wässrigen. Phosphorsäure lösung tränkt und die getränkten Perlen derart trocknet, dass die Säure weniger als 100 f» des Gesamtporenvolumens der Perlen einnimmt.ο
50 to 300 m / g and a silicon dioxide content of more than 95 f ° with a 12 to 85 percent aqueous. Phosphoric acid solution soaks and dries the soaked pearls in such a way that the acid takes up less than 100 % of the total pore volume of the pearls.
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