DE2511967A1 - Verfahren zur herstellung von extrudierten katalysatorteilchen und deren verwendung - Google Patents
Verfahren zur herstellung von extrudierten katalysatorteilchen und deren verwendungInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von extrudierten Katalysatorteilchen
und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Katalysatorteilchen, insbesondere zur Herstellung
eines verbesserten extrudierten Kohlenwasserstoffumwandlungskatalysators. Das Verfahren führt zu einer Erhöhung
der Porengröße und des Makroporenvolumens bei einem widerstandsfähigen
anorganischen Oxydkatalysator bzw. -träger.
Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Katalysatoren
eignen sich insbesondere für die hydrierende Raffination oder Hydrofinierung von Roherdölen und auch für die Hydrofinierung
von Rückstandsölen, wie sie als Bodenfraktionen bei der Destillation von Roherdölen erhalten werden. Derartige Rückstandsöle
werden verschiedentlich als Asphaltenöle, flüssiger Asphalt, Schwarzöle, Erdölschwänze, Rückstände, getoppte Rückstandsöle,
Bunkerheizöle usw. bezeichnet. Roherdöle und Rückstandsöle enthalten normalerweise stickstoffhaltige und schwefelhaltige Verbindungen
und heptanunlösliehe Asphaltene, die - allein oder in
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Kombination - die Umwandlung derartiger öle in tiefer siedende,
brauchbarere und wertvollere Fraktionen stark beeinträchtigen. Die stickstoffhaltigen und schwefelhaltigen Verbindungen können
bei Hydrofinierungsbedingungen auf annehmbare Konzentrationen verringert werden; sie werden dabei unter Bildung von Ammoniak
und Schwefelwasserstoff, die leicht als gasförmige Produkte abgetrennt werden können, umgesetzt. Die Verringerung oder Entfernung
der heptanunlöslichen Asphaltene ist wesentlich schwieriger.
Diese Verbindungen neigen zur Ablagerung in der Reaktionszone und auf dem darin befindlichen Katalysator unter Bildung
eines gumartigen kohlenwasserstoffhaltigen Rückstands, der als
Koksvorläufer wirkt. Die Ablagerung dieses Rückstands stellt einen bedeutsamen Verlust an Produkt dar. Es ist daher verfahrenstechnisch
und wirtschaftlich wünschenswert, derartige Asphaltene
in brauchbare Kohlenwasserstofffraktionen umzuwandeln.
Die Bedeutung der.Porenvolumen-Porendurchmesser-Eigenschaften
eines Katalysators hinsichtlich der Hydrofinierung von Rohölen und Rückstandsölen und insbesondere hinsichtlich der Umwandlung
von heptanunlöslichen Asphaltenen geht z.B. aus der USA-Patentschrift 3 666 685 hervor. So ist gezeigt worden, daß
ein Katalysator, bei dem mindestens 0,4 cm /g seines Gesamtporenvolumens zu Poren mit einem mittleren Porendurchmesser von etwa
100 bis etwa 500 Angströmeinheiten gehören, einen besonders wirksamen Hydrofinierungskatalysator darstellt, insbesondere hinsichtlich
der Umwandlung von heptanunlöslichen Asphaltenen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von extrudiertem Katalysator zu
schaffen, insbesondere ein Verfahren, das zu einer Steigerung des Makroporenvolumens eines widerstandsfähigen anorganischen Oxydkatalysators
bzw. -trägers führt und trotzdem einfach durchzuführen ist. Als Makroporen sind dabei Poren mit einem mittleren
Durchmesser von über etwa 100 Angströireinheiten, gemessen mittels
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eines Quecksilber-Porosimeters, zu verstehen.
Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Katalysatorteilchen hohen Makroporenvolumens,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man
(a) ein pulverförmiges widerstandsfähiges anorganisches Oxyd mit einem Binde- und Schmiermittel vermischt,
(b) ein Peptisiermittel und einen wasserlöslichen oberflächenaktiven
Stoff zu dem Gemisch zusetzt,
(c) den sich ergebenden Teig extrudiert, und
(d) das extrudierte Produkt trocknet und calciniert.
Weitere Gesichtspunkte und Ausführungsformen des Verfahrens
und der Verwendung der Katalysatoren gehen aus den nachstehenden Erläuterungen hervor.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird zunächst ein pulverförmiges
widerstandsfähiges anorganisches Oxyd mit einem Bindemittel, das auch als Schmiermittel bei dem nachfolgenden
Extrusionsvorgang dient, vermischt; dieses wird nachstehend zur Vereinfachung als Binde- und Schmiermittel bezeichnet. Derartige
als Binde- und Schmiermittel wirkende Substanzen sind bekannt und hierzu gehören Stärke, Polyvinylalkohol, Methylcellulose,
Graphit, Mikropolyäthylen u.dgl. Das pulverförmige widerstandsfähige anorganische Oxyd wird zweckmäßig mit etwa 0,01 bis etwa
5 Gewichtsprozent Binde- und Schmiermittel vermischt. .
Zu den hier in Betracht kommenden widerstandsfähigen anorganische Oxyden gehören sowohl die natürlich vorkommenden als
auch die synthetisch hergestellten widerstandsfähigen anorganischen Oxyde. Als Beispiele für geeignete widerstandsfähige anorganische
Oxyde seien genannt: Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd,
Zirkonoxyd, Thoriumoxyd, Boroxyd u.dgl. sowie Kombinationen da-
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von, z.B. Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd u.dgl. Aluminiumoxyd stellt ein bevorzugtes widerstandsfähiges
anorganisches Oxyd dar, insbesondere hinsichtlich der vornehm- · lieh in Betracht kommenden Hydrofinierung von Rohölen und Rückstandsölen.
Als Aluminiumoxyd kann für die Herstellung des Katalysators irgendeines der verschiedenen wasserhaltigen Aluminiumoxyde
oder Aluminiumoxydgele, wie Boehmit, Gibbsit, Bayerit u. dgl., verwendet werden. Ein alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat der
Boehmitstruktur, wie es als Nebenprodukt bei der Herstellung von Alkoholen durch Hydrolyse eines Aluminiumalkoholats oder
-Alkoxyds anfällt, kann ebenfalls gut'verwendet werden. Aktivierte
Aluminiumoxyde, z.B. Aluminiumoxyde, die bei einer Temperatur über etwa 4OO°C mit Entfernung mindestens eines Teils des chemisch
und/oder physikalisch gebundenen Wassers und der üblicherweise vorliegenden Hydroxylgruppen thermisch behandelt worden sind,
sind besonders geeignet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aluminiumoxyd um ein aktiviertes Aluminiumoxyd mit einer Oberflächengröße
von etwa 100 bis etwa 500 m2/g, insbesondere gamma-
und eta-Aluminiumoxyd, die hergestellt sind durch eine thermische Behandlung bei einer Temperatur im allgemeinen im Bereich von
etwa 400 bis etwa· 85O°C.
Für das Verfahren können Peptisiermittel verwendet werden,
wie sie auch auf dem Fachgebiet üblicherweise für die Rückführung von Gelen in ihre Solform beschrieben worden sind. So
kann es sich bei dem Peptisiermittel um Wasser oder eine schwache Säure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, o.dgl., handeln.
Stärkere Säuren, wie Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure usw., verhindern im wesentlichen die vorteilhafte Wirkung des oberflächenaktiven
Stoffs und sind zur Verwendung im vorliegenden Verfahren nicht geeignet. Wasser stellt ein bevorzugtes Peptisiermittel
dar. In jedem Falle wird das Peptisiermittel nur in einer Menge angewendet, die genügt, um das Gel in eine geschmeidige .
plastische Masse zurückzuführenr die aber nicht genügt,, um das
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Gel wieder vollständig in ein Sol zurückzuführen. Das Peptisiermittel
kann mit dem pulverförmigen Widerstandsfähigen anorganischen
Oxydgel zusammen mit dem oberflächenaktiven Stoff vereinigt werden, indem man das Gel in eine zweckdienliche mechanische
Rühreinrichtung einführt und hierzu das Peptisiermittel und den oberflächenaktiven Stoff während des Mischvorgangs zusetzt.
Es sind mannigfaltige oberflächenaktive Stoffe (auch als grenzflächenaktive Stoffe bezeichnet) für das Verfahren brauchbar,
hierzu gehören anionische, kationische und nichtionische oberflächenaktive Stoffe, vorausgesetzt, daß sie keinen für den
erzeugten Katalysator bei der beabsichtigten Verwendung nachteiligen Rückstand hinterlassen. Als Beispiele für geeignete oberflächenaktive
Stoffe seien genannt: Alkohole mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, lineare primäre Alkohol-Polyäther, Dimethylsilikone,
Silikon-Polyäther-Mischpolymere, und auch die zahlreichen und bekannten
Polyoxyäthylenalkylphenole, Polyoxyäthylenester von Fettsäuren,
Polyoxyäthylenalkohole, Polyoxyäthylenmercaptane, Polyoxyäthy
lenalkylamine, Polyoxyäthylenalkylamide u.dgl. Ein linearer primärer Alkohol-Polyäther (erhältlich unter der Handelsbezeichnung
Antarox BL-240) stellt einen besonders geeigneten oberflächenaktiven
Stoff dar. Vorzugsweise wird der oberflächenaktive Stoff in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10,0 Gewichtsprozent
des widerstandsfähigen anorganischen Oxydhydrogels benutzt.
Die Extrusion kann einwandfrei mit einer üblichen Extrusionsvorrichtung
durchgeführt werden. Beispielsweise wird der gebildete Teig kontinuierlich mittels einer rotierenden Schraube
oder Schnecke in einem Zylinder bearbeitet und vorangeschoben und
durch einen Formungskopf gepresst, der eine Vielzahl von Öffnungen entsprechenden Durchmessers aufv/eist, um Extrudatteilchen
gewünschter Größe zu bilden. Der Teig wird kontinuierlich bei einem Druck von mindestens etwa 10 kg/cm (150 psig) durch den
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Formungskopf gepresst und dann mittels eines rotierenden Messers in Teilchen der gewünschten Länge geschnitten. Nach der
Extrusion des Teiges werden die Extrudatteilchen getrocknet und calciniert. Die Trocknung wird gewöhnlich bei Temperaturen
bis zu etwa 200°C während eines Zeitraums von 1 bis etwa 24 Stunden durchgeführt. Die Calcinierung erfolgt vorzugsweise in
einer oxydierenden Atmosphäre, wie Luft, bei einer Temperatur
von etwa 350 bis etwa 85O°C, zweckmäßig während eines Zeitraums von 2 bis 4 Stunden.
Hydrofinierungskatalysatoren enthalten normalerweise als katalytische Komponente ein Metall der Gruppe VIa und ein
Metall der Gruppe VIII und/oder deren Oxyde und Sulfide. Von den Metallen der Gruppe VIa, d.h. Molybdän, Wolfram und Chrom,
wird Molybdän gewöhnlich bevorzugt, und von den Metallen der Gruppe VIII, d.h. Eisen, Nickel, Kobalt, Platin, Palladium,
Rhodium, Ruthenium, Iridium und Osmium, wird im allgemeinen ■ Nickel bevorzugt. Diese Komponenten, z.B. Molybdän und Nickel,
oder geeignete dazu umwandelbare Verbindungen, wie Molybdänsäure und Nickelnitrat, können mit den Extrudatteilchen durch. Imprägnierungs-
und/oder Ionenaustauschmethoden vereinigt werden. Diese
Komponenten können mit dem als Ausgangsmaterial eingesetzten widerstandsfähigen anorganischen Oxyd vor dem Vermischen des anorganischen
Oxyds mit dem Binde- und Schmiermittel und der nachfolgenden Zugabe des oberflächenaktiven Stoffs und des Peptisiermittels
vereinigt werden. Es kann auch eine wäßrige Lösung einer löslichen Verbindung der katalytischen Komponenten mit
dem Peptisiermittel vereinigt werden oder als das Peptisiermittel
dienen und in dieser Weise in die Extrudatteilchen eingebracht
werden. Alternativ können die katalytischen Komponenten mit den fertigen Extrudatteilchen durch Imprägnierungs- und/oder
Ionenaustauschmethoden vereinigt werden, entweder vor oder nach der Trocknung und Calcinierung der Extrudatteilchen. Wenn die'
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k'atalytischen Komponenten oder dazu umwandelbare Verbindungen
zu'den calcinierten Extrudatteilchen zugegeben werden, erfordert
jedoch das sich ergebende Material auf jeden Fall eine v/eitere Calcinierung.
Das nachstehende Beispiel veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens, die Erfindung ist .aber
nicht .auf diese besondere Arbeitsweise beschränkt. Gleichzeitig werden anhand der Gegenüberstellung mit den nachstehenden Vergleichsbeispielen
erfindungsgemäß erzielte technische Vorteile aufgezeigt.
Zur Herstellung von extrudierten Katalysatorteilchen nach dem Verfahren der Erfindung wurde ein fein gepulvertes
alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat mit 2 Gewichtsprozent Methylcellulose
als Binde- und Schmiermittel vermischt. Zu dem Gemisch wurde als Peptisiermittel eine genügende Menge Wasser zugesetzt,
um einen glatt und weich extrudierbaren Teig zu bilden; das· Wasser
enthielt 2 g eines linearen primären Alkohol-Polyäthers (Handelsprodukt Antarox BL-240) als oberflächenaktiven Stoff oder
Detergens. Das sich ergebende Gemisch wurde 30 Minuten durchgearbeitet und geknetet (mulled) und danach unter einem Druck von
10,5 kg/cm (150 psig) extrudiert sowie getrocknet und bei 65O°C calciniert, um Extrudatteilchen von 0,8 bis 3,2 mm Durchmesser
zu erhalten. Dieses Extrudatprodukt ist nachstehend als Katalysator A bezeichnet.
Vergleichsbeispiel 2 Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden die Extrudatteilchen
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praktisch in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, daß das Binde- und Schmiermittel fortgelassen wurde. So wurde wiederum eine genügende Menge Wasser zu einem
gepulverten alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat zugesetzt, um einen weich und glatt extrudierbaren Teig zu bilden, und das Wasser
enthielt 10 Gewichtsprozent des gleichen linearen primären Alkohol-Polyäthers
(Handelsprodukt Antarox BL-240) als oberflächenaktiven Stoff. Das erhaltene Gemisch wurde wiederum unter einem
Druck von 10,5 kg/cnr (150 psig) extrudiert und getrocknet und bei 65O°C calciniert, -um Extrudatteilchen von 0,8 bis 3,2 mm
Durchmesser zu erhalten. Dieses Extrudatprodukt wird nachstehend als Katalysator B bezeichnet.
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden die Extrudatteilchen praktisch in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, daß der oberflächenaktive Stoff fortgelassen wurde. So wurde wiederum das fein gepulverte alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat
mit 2 Gewichtsprozent Methylcellulose als Binde- und Schmiermittel vermischt. Es wurde wiederum eine
genügende Menge Wasser zu dem Gemisch als Peptisiermittel zugegeben, um einen glatt und weich extrudierbaren Teig zu bilden.
Der sich ergebende Teil wurde wiederum bei einem Druck von 10,5 kg/cm (150 psig) extrudiert und getrocknet und bei 65O°C calciniert,
um Extrudatteilchen von 0,8 bis 3,2 mm Durchmesser zu erhalten. Dieses Extrudatprodukt ist nachstehend als Katalysator
C bezeichnet.
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Bei diesem Beispiel wurden die Extrudatteilchen wieder
praktisch in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß sowohl das Binde- und Schmiermittel
als auch der oberflächenaktive Stoff fortgelassen wurden. Demgemäß wurde zu dem gepulverten alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat eine
genügende Menge Wasser zugegeben, um einen glatt und weich extrudierbaren Teig zu bilden. Der erhaltene Teig wurde wiederum
unter einem Druck von 10,5 kg/cm (150 psig) extrudiert und getrocknet
und bei 65O°C calciniert, um Extrudatteilchen von 0,8
bis 3,2 mm Durchmesser zu erhalten. Dieses Extrudatprodukt ist nachstehend als Katalysator D bezeichnet.
Die nachstehende Tabelle gibt einen Vergleich des Katalysators A, der nach dem Verfahren der Erfindung erhalten wurde,
mit den nach den Vergleichsbeispielen erhaltenen Katalysatoren B, C und D, bei denen nicht nach der erfindungsgemäßen Vorschrift
mit sowohl dem Binde- und Schmiermittel als auch dem oberflächenaktiven Stoff gearbeitet wurde.
Katalysator .
Oberflächenaktiver Stoff,Gew.-% Binde- und Schmiermittel,Gew.-%
Gesamtporenvolumen, cm /g
Mikroporenvolumen, cm /g Makroporenvolumen, cm /g
Mittlerer Porendurchmesser, £ Teilchendichte, g/cm
Erfindung | B | Vergleich | D |
A | 10 | C | - |
10 | - | - | - |
2 | 0,769 | 2 | 0,473 |
0,950 | 0,533 | 0,721 | 0,338 |
0,450 | 0,236 | 0,517 | 0,135 |
0,500 | 112 | 0,204 | 111 |
130 | 0,931 | 93 | 1,303 |
0,802 | 0,977 | ||
5098/. 1/0620
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Porengröße der Extrudatteilchen, die nach dem Verfahren der Erfindung mit
dem Binde- und Schmiermittel und dem oberflächenaktiven Stoff
hergestellt wurden, wesentlich größer ist (Katalysator A: 130
Angströmeinheiten) als die Porengröße der nach den Vergleichsbeispielen hergestellten Extrudatteilchen, bei denen nur der
oberflächenaktive Stoff (Katalysator B: 112 Angströmeinheiten) oder nur das Binde- und Schmiermittel (Katalysator C: 9 3 Angströmeinheiten)
oder keines dieser Materialien (Katalysator Dj 111 Angströmeinheiten) verwendet wurde. Weiterhin ist ersichtlich,
daß das Makroporenvolumen des erfindungsgemäß hergestellten
Katalysators A mehr als doppelt so groß ist wie das Makroporenvolumen der nach den Vergleichsbeispielen hergestellten
Katalysatoren B, C und D.
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Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von extrudierten Katalysatorteilchen
hohen Makroporenvolumens, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) ein pulverförmiges widerstandsfähiges anorganisches Oxyd mit einem Binde- und Schmiermittel vermischt,
(b) ein Peptisiermittel und einen wasserlöslichen oberflächenaktiven
Stoff zusetzt,
(c) den sich ergebenden Teig extrudiert, und
(d) das extrudierte Produkt trocknet und calciniert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven
Stoffs, bezogen auf das Gewicht des widerstandsfähigen anorganischen Oxyds, zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,01 bis 5 Gewichtsprozent des Binde- und Schmiermittels,
bezogen auf das Gewicht des widerstandsfähigen anorganischen Oxyds, verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß man als widerstandsfähiges anorganisches Oxyd Aluminiumoxyd verwendet.
5 0 9 P L 1 / 0 6 2 0
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als widerstandsfähiges anorganisches
Oxyd alpha-Aluminiumoxyd-Monohydrat verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Binde- und Schmiermittel Methylcellulose
verwendet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß man als oberflächenaktiven Stoff einen linearen primären Alkohol-Polyäther verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teig bereitet, der weiterhin
ein kristallines Aluminosilikat enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extrudatteilchen bei einer Temperatur
von etwa 350 bis 85O°C calciniert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Katalysatorteilchen in irgendeiner
Stufe des Herstellungsganges eine oder mehrere katalytische Metallkomponente(n), insbesondere aus den Gruppen VIa und
VIII des Periodensystems, einbringt.
11. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellten Extrusionskatalysators für die Hydrofinierung von
Roherdölen oder Pückstandsölen.
0CcAi / r j O 2 C
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