DE2522313A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBON PRODUCTS WITH IMPROVED QUALITY - Google Patents
PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROCARBON PRODUCTS WITH IMPROVED QUALITYInfo
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Description
mit verbesserter Qualitätwith improved quality
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasser stoff produkten mit verbesserter Qualität aus einem kohlenstoffhaltigen bzw. kohlehaltigen Material, wie aus Schieferölfeststoffen, Teersandfeststoffen, Kohlefeststoffen und/oder einer Kohlenwasserstoff-Fraktion, durch Behandlung des kohlenstoffhaltigen bzw. kohlenhaltigen Materials mit einem dichten, fluiden Material, das Wasser enthält, bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 316°C (600°F) bis ungefähr 482°C (9OO°F) in Abwesenheit von zugeführtem Wasserstoff und in Abwesenheit oder Anwesenheit eines von außen zugegebenen Katalysatorsystems,The invention relates to a method for extracting hydrocarbons Material products of improved quality made from a carbonaceous or carbonaceous material, such as shale oil solids, Tar sand solids, coal solids and / or a hydrocarbon fraction, by treating the carbonaceous or carbonaceous material with a dense, fluid material containing water at a temperature in the range of about 316 ° C (600 ° F) to about 482 ° C (900 ° F) in the absence of supplied hydrogen and in the absence or presence of an externally added catalyst system,
In der vorliegenden Anmeldung soll der Ausdruck "kohlenstoffhaltig" auch den Begriff "kohlenhaltig" mitumfassen.In the present application, the term "carbonaceous" also include the term "carbonaceous".
Ein versprechendes Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus kohlenstoffhaltigem Material ist ein Verfahren, das als "Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bzw. dichte Fluidextraktion" bezeichnet wird. Im allgemeinen ist es üblich, dieses Verfahren mit dem angelsächsischen Ausdruck zu bezeichnen, nämlich "dense fluid extraction". Die Trennung durch dieA promising process for the production of hydrocarbons of carbonaceous material is a process known as "extraction with a dense, fluid material or dense Fluid extraction ". In general, it is customary to refer to this process with the Anglo-Saxon expression, namely "dense fluid extraction". The separation through the
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Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bei erhöhten Temperaturen ist ein Gebiet, das wenig erforscht ist. Die Grundprinzipien der dichten Extraktion mit einem fluiden Material bei erhöhten Temperaturen werden in der Monographie "The Principles of Gas Extraction" von P.F.M. Paul und W.S.Wise, publiziert von Mills and Boon Limited in London, 1971, beschrieben. Besonders wichtig sind die Kapitel 1 bis 4. Das dichte, fluide Material kann entweder eine Flüssigkeit oder ein dichtes Gas mit einer Dichte, die einer Flüssigkeit ähnlich ist, sein.Extraction with a dense, fluid material at elevated levels Temperatures is an area that has not been well explored. The basic principles of dense extraction with a fluid material at elevated temperatures are described in the monograph "The Principles of Gas Extraction" by P.F.M. Paul and W.S. Wise, published by Mills and Boon Limited in London, 1971. Chapters 1 to 4 are particularly important. fluid material can be either a liquid or a dense gas with a density similar to a liquid, be.
Die Extraktion mit einem dichten, fluiden Material hängt von den Änderungen in den Eigenschaften des fluiden Materials ab, ab,Insbesondere der Dichte des fluiden Materials, bedingt durch Druckänderungen. Bei Temperaturen unterhalb seiner kritischen Temperatur variiert die Dichte des fluiden Materials in stufenweiser Art bei Druckänderungen. Solche scharfen Übergänge in der Dichte sind mit Dampf-Flüssigkeits-Übergängen assoziiert. Bei Temperaturen über der kritischen Temperatur eines fluiden Materials nimmt die Dichte des fluiden Materials fast linear mit dem Druck zu, wie es durch die Gasgleichung für ideale Gase gefordert wird, obgleich Abweichungen von der Linearität bei höheren Drucken beobachtet werden. Solche Abweichungen sind ausgeprägter, wenn die Temperatur des fluiden Materials näher, aber noch über seiner kritischen Temperatur, liegt.The extraction with a dense, fluid material depends on the changes in the properties of the fluid material, from, in particular the density of the fluid material, due to changes in pressure. At temperatures below its critical Temperature, the density of the fluid material varies in steps with changes in pressure. Such sharp transitions in of density are associated with vapor-liquid transitions. At temperatures above the critical temperature of a fluid Material, the density of the fluid material increases almost linearly with the pressure, as indicated by the gas equation for ideal gases is required, although deviations from linearity are observed at higher pressures. Such deviations are more pronounced when the temperature of the fluid material is closer to, but still above, its critical temperature.
Wird ein fluides Material bei einer Temperatur unter seiner kritischen Temperatur und bei seinem gesättigten Dampfdruck gehalten, so werden im Gleichgewicht miteinander zwei Phasen auftreten, die Flüssigkeit X mit der Dichte C und der Dampf Y mit der Dichte D. Die Flüssigkeit mit der Dichte C wird eine bestimmte Lösungskraft aufweisen. Wenn das gleiche fluide Material dann bei einer besonderen Temperatur über seiner kritischen Temperatur gehalten wird und wenn es zur Dichte C komprimiert wird, dann ist zu erwarten, daß das komprimierte fluide Material eine Lösungsmittelkraft besitzt, die ähnlich ist wie die der Flüssigkeit X mit der Dichte C. Eine ähnliche Lösungsmittelkraft kann bei einer noch höheren Temperatur durch Becomes a fluid material at a temperature below its critical temperature and at its saturated vapor pressure held, two phases will appear in equilibrium with each other, the liquid X with the density C and the vapor Y. with the density D. The liquid with the density C will have a certain solvent power. If the same fluid material then held at a particular temperature above its critical temperature and when it compresses to density C. If so, the compressed fluid material is expected to have a solvent power that is similar like that of the liquid X with the density C. A similar solvent force can be carried out at an even higher temperature
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eine noch größere Kompression des fluiden Materials bis zur Dichte C erreicht werden. Wegen des nicht-idealen Verhaltens des fluiden Materials nahe bei seiner kritischen Temperatur wird jedoch eine besondere Erhöhung im Druck wirksamer sein, um die Dichte des fluiden Materials zu erhöhen, wenn die Temperatur etwas über der kritischen Temperatur liegt, als wenn die Temperatur viel über der kritischen Temperatur des fluiden Materials liegt.an even greater compression of the fluid material up to density C can be achieved. Because of the non-ideal behavior however, of the fluid material close to its critical temperature, a particular increase in pressure will be more effective in order to to increase the density of the fluid material when the temperature is slightly above the critical temperature than when the temperature is much higher than the critical temperature of the fluid material.
Diese einfachen Betrachtungen haben zu dem Vorschlag geführt, daß bei einem gegebenen Druck und bei einer Temperatur über der kritischen Temperatur des komprimierten fluiden Materials die Lösungskraft des komprimierten fluiden Materials größer sein sollte, je niedriger die Temperatur ist, und daß bei einer gegebenen Temperatur über der kritischen Temperatur des komprimierten fluiden Materials die Lösungsmittelkraft des komprimierten fluiden Materials größer sein sollte, um so höher der Druck ist.These simple considerations have led to the suggestion that at a given pressure and temperature above the critical temperature of the compressed fluid material, the dissolving power of the compressed fluid material is greater should be the lower the temperature, and that at a given temperature above the critical temperature of the compressed fluid material, the solvent power of the compressed fluid material should be greater to the higher the pressure.
Obgleich solche nützlichen Lösungsmittelwirkungen über der kritischen Temperatur des fluiden Lösungsmittels gefunden wurden, ist es nicht wesentlich, daß die Lösungsmittelphase über ihrer kritischen Temperatur gehalten wird. Es ist nur wesentlich, daß das fluide Lösungsmittel bei genügend hohen Drucken gehalten wird, so daß seine Dichte hoch ist. Somit sind flüssige fluide Materialien und gasförmige fluide Materialien, die bei hohen Drucken gehalten werden und die flüssigkeitsähnliche Dichten besitzen, nützliche Lösungsmittel bei der Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bei erhöhten Temperaturen.Although such beneficial solvent effects have been found above the critical temperature of the fluid solvent, it is not essential that the solvent phase be over their critical temperature is maintained. It is only essential that the fluid solvent be at sufficiently high pressures is held so that its density is high. Thus, liquid fluid materials and gaseous fluid materials are the maintained at high pressures and which have liquid-like densities, are useful solvents in extraction with a dense, fluid material at elevated temperatures.
Die Grundlage für Trennungen mit einem dichten, fluiden Material bei erhöhten Temperaturen ist die, daß ein Substrat in Kontakt mit einem dichten, komprimierten fluiden Material bei erhöhter Temperatur gebracht wird, wobei sich Material aus. dem Substrat in der Phase aus fluidem Material löst, dann wird die Phase des fluiden Materials, die das gelöste Material enthält, isoliert, und dann wird die isolierte Phase des fluiden Materials dekomprimiert bis zu einem Punkt, wo dieThe basis for separations with a dense, fluid material at elevated temperatures is that a substrate is in Contact with a dense, compressed fluid material at an elevated temperature is brought, with material from. If the substrate dissolves in the phase of fluid material, then the phase of fluid material that contains the dissolved material contains, isolated, and then the isolated phase of the fluid material is decompressed to a point where the
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Lösungskraft des fluiden Materials beseitigt ist, und dann trennt sich das gelöste Material als Feststoff oder als Flüssigkeit. Solvent power of the fluid material is eliminated, and then the dissolved material separates as a solid or as a liquid.
Solche allgemeinen Überlegungen, die auf empirischen Zusammenhängen basieren, wurden im Hinblick auf die Bedingungen durchgeführt, um eine hohe Löslichkeit der Substrate in dichten, komprimierten fluiden Materialien zu erreichen. Beispielsweise hängt die Lösungsmittelwirkung eines dichten, komprimierten fluiden Materials von den physikalischen Eigenschaften des fluiden Lösungsmittels und des Substrats ab. Dies legt den Schluß nahe, daß fluide Materialien mit unterschiedlicher chemischer Natur, aber ähnlichen physikalischen Eigenschaften sich als Lösungsmittel ähnlich verhalten. Ein Beispiel ist die Feststellung, daß die Lösungsmittelkraft von komprimiertem Äthylen und Kohlendioxyd ähnlich ist.Such general considerations based on empirical relationships based, were carried out with a view to the conditions to ensure a high solubility of the substrates in dense, to achieve compressed fluid materials. For example, the solvent action depends on a dense, compressed fluid material on the physical properties of the fluid solvent and the substrate. This concludes suggest that fluid materials with different chemical natures but similar physical properties turn out to be Behave similarly to solvents. An example is the finding that the solvent power of compressed ethylene and Is similar to carbon dioxide.
Weiterhin wurde aus diesen Überlegungen geschlossen, daß eine leistungsfähigere Extraktion mit fluidem Material erhalten werden könnte mit einem Lösungsmittel, dessen kritische Temperatur näher an der Extraktionstemperatur liegt als mit einem Lösungsmittel, dessen kritische Temperatur weiter von der Ex— traktionstemperatur entfernt liegt. Da die Lösungsmittelkraft des dichten, komprimierten fluiden Materials größer sein sollte, je niedriger die Temperatur ist, aber,da der Dampfdruck des Materials, das extrahiert werden soll, größer sein sollte, je höher die Temperatur ist, muß die Wahl der Extraktionstemperatur ein Kompromiß zwischen diesen entgegengesetzten Wirkungen sein.Furthermore, it was concluded from these considerations that a more efficient extraction can be obtained with fluid material could be with a solvent whose critical temperature closer to the extraction temperature than with a solvent whose critical temperature is further from the Ex- traction temperature is away. Because the solvent power of the dense, compressed fluid material should be larger the lower the temperature, but as the vapor pressure of the material to be extracted should be larger, the higher the temperature, the choice of extraction temperature must be a compromise between these opposing effects be.
Verschiedene Möglichkeiten der praktischen Verwendung der Extraktion mit einem dichten, fluiden Material sind möglich analog zu bekannten Trennverfahren. Beispielsweise ermöglichen die Extraktionsstufe und die Dekompressionsstufe einen beachtlichen Spielraum zur Durchführung von Trennungen von Mischungen aus Materialien. Milde Bedingungen können gewählt werden, um zuerst die stärker flüchtigen Materialien zu extrahieren, und dann kann man härtere Bedin-Various ways of practically using extraction with a dense, fluid material are possible analogous to known separation processes. For example, the extraction stage and the decompression stage enable considerable latitude for performing separations of mixtures of materials. Mild conditions can be chosen to extract the more volatile materials first, and then tougher conditions can be
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gungen verwenden, um die weniger flüchtigen Materialien zu extrahieren. Die Entspannungs- bzw. Dekompressions-Stufe kann ebenfalls in einer einzigen Stufe oder in mehreren Stufen durchgeführt werden, so daß sich die weniger flüchtigen gelösten Arten zuerst abtrennen. Das Ausmaß der Extraktion und die Gewinnung des Produktes bei der Dekompression kann reguliert werden, indem man ein geeignetes fluides Lösungsmittel auswählt, die Temperatur und den Druck bei der Extraktion oder bei der Dekompression einstellt und indem man das Verhältnis von Substrat zu fluidem Lösungsmittel, mit dem der Extraktionskessel beschickt wird, ändert. to extract the less volatile materials. The relaxation or decompression stage can also be carried out in a single stage or in several stages so that the less volatile First separate the loosened species. The extent of extraction and the recovery of the product during decompression can be regulated by choosing a suitable fluid solvent, the temperature and pressure during the extraction or adjusted during decompression and by changing the ratio of substrate to fluid solvent with which the extraction vessel is charged.
Im allgemeinen kann die Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bei erhöhten Temperaturen als Alternative zu einerseits der Destillation und andererseits der Extraktion mit flüssigen Lösungsmitteln bei niedrigen Temperaturen angesehen werden. Ein beachtlicher Vorteil der Extraktion mit einem dichten, fluiden Material gegenüber der Destillation ist der, daß es möglich ist, Substrate mit niedriger Flüchtigkeit zu behandeln. Die Extraktion mit einem dichten, fluiden Material ist oft eine Alternative zur Molekulardestillation, da sehr hohe Konzentrationen in der Phase des dichten, fluiden Materials auftreten, so daß man große Vorteile beim Durchgang erzielt. Die Extraktion mit einem dichten, fluiden Material ist von besonderem Nutzen, wenn wärmeempfindliche Substrate behandelt werden müssen, da die Extraktion in die Phase des dichten, fluiden Materials bei Temperaturen möglich ist, die wesentlich unter denen liegen, die für die Destillation erforderlich sind.In general, extraction with a dense, fluid material at elevated temperatures can be used as an alternative to the one hand distillation and, on the other hand, extraction with liquid solvents at low temperatures will. A notable advantage of extraction with a dense, fluid material over distillation is that it is possible to treat substrates with low volatility. The extraction with a dense, fluid material is often an alternative to molecular distillation because of the very high concentrations in the phase of the dense, fluid material occur, so that one obtains great advantages in the passage. Extraction with a dense, fluid material is special Useful when heat-sensitive substrates have to be treated, as the extraction takes place in the dense, fluid phase Material is possible at temperatures that are significantly below those required for distillation.
Ein wesentlicher Vorteil der Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bei erhöhten Temperaturen, verglichen mit der Flüssigkeitsextraktion bei niedrigen Temperaturen, ist der, daß die Lösungsmittelkraft des komprimierten fluiden Lösungsmittels kontinuierlich reguliert werden kann, indem man den Druck anstatc die Temperatur einstellt. Die Möglichkeit, die Lösungsmittelkraft durch Druckänderungen zu regulieren, ergibt neue Möglichkeiten und Anwendungen für Lösungsmittelextraktion sver fahr en.A major advantage of extraction with a dense, fluid Material at elevated temperatures, compared to liquid extraction at low temperatures, is that that the solvent power of the compressed fluid solvent can be continuously regulated by the Pressure instead of temperature. The possibility that Regulating solvent force through changes in pressure opens up new possibilities and applications for solvent extraction process.
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Zhuze war offensichtlich der erste, der die Extraktion mit einem dichten, fluiden Material bei chemisch-technischen Verfahren einsetzte, um Erdölfraktionen vom Asphalt zu befreien, wobei er eine Propan-Propylen-Mischung als Gas verwendete, wie es in Vestnik Akad. Nauk S.S.S.R. 29_ (11), 47-52 (1959) und in Petroleum (London) 23_, 298-300 (1960) beschrieben wird.Zhuze was obviously the first to use the extraction a dense, fluid material used in chemical-technical processes to free petroleum fractions from the asphalt, using a propane-propylene mixture as gas, as stated in Vestnik Akad. Nauk S.S.S.R. 29_ (11), 47-52 (1959) and in Petroleum (London) 23, 298-300 (1960).
Außer den Arbeiten von Zhuze wurde in der Literatur kaum von Versuchen berichtet, Extraktionsverfahren mit einem dichten, fluiden Material mit Substraten von technischem Interesse durchzuführen. In der GB-PS 1 05 7 911 (1964) werden die Prinzipien der Gasextraktion in allgemeinen Darlegungen beschrieben und ihre Verwendung als Trennverfahren komplementär zur Lösungsmittelextraktion und Destillation erläutert, und ein Vielstufenverfahren wird beschrieben. In der GB-PS 1 111 (1965) wird die Verwendung eines Gasextraktionsverfahrens zur Aufarbeitung von schweren Erdölfraktionen beschrieben. Eine Angabe von besonderem Interesse ist die Trennung von Materialien in einen Rückstand und Extraktionsprodukte, wobei die letzteren frei von nachteiligen anorganischen Verunreinigungen, wie Vanadium, sind. Der Vorteil, das Gaslösungsmittel auf subkritische Temperaturen vor seiner Rezyklisierung abzukühlen, wird ebenfalls in dieser Patentschrift angegeben. Dadurch wird es in die Flüssigkeitsform überführt, die weniger Energie zum Pumpen gegenüber dem hydrostatischen Kopf im Reaktor erfordert als Gas. In den FR-PSen 1 512 060 (196 7) und 1 512 061 (196 7) wird die Verwendung von Gasextraktion bei Erdölfraktionen beschrieben. Im Prinzip folgen diese Literaturstellen der Richtung der früheren russischen Arbeit.Apart from the work of Zhuze, there have been hardly any reports in the literature of attempts to use extraction processes with a dense, perform fluid material with substrates of technical interest. In GB-PS 1 05 7 911 (1964) the principles of gas extraction is described in general terms and its use as a separation process complementary to Solvent extraction and distillation are illustrated, and a multi-step process is described. In GB-PS 1 111 (1965) describes the use of a gas extraction process for processing heavy petroleum fractions. One Of particular interest is the separation of materials into a residue and extraction products, whereby the the latter are free from harmful inorganic impurities such as vanadium. The advantage of the gas solvent cooling to subcritical temperatures before recycling is also indicated in this patent. As a result, it is converted into the liquid form, which has less energy for pumping compared to the hydrostatic head in the Reactor requires as gas. In FR-PSs 1 512 060 (196 7) and 1 512 061 (196 7) the use of gas extraction described for petroleum fractions. In principle, these references follow the direction of earlier Russian work.
Zusätzlich gibt es andere Literaturstellen, in denen die Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoff-Fraktionen aus kohlenstoffhaltigen Materialien beschrieben wird, wobei bei diesen Verfahren Wasser verwendet wird. Beispielsweise wird in der US-PS 3 051 644 (1962) ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Ölschiefer beschrieben, bei dem die Ölschieferteilchen in Dampf dispergiert und mit Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 371°C (700°F) bis 482°C (900°F) und einem DruckIn addition, there are other references in which the extraction of liquid hydrocarbon fractions from carbonaceous Materials using water in these methods. For example, will in US Pat. No. 3,051,644 (1962) describes a process for extracting oil from oil shale, in which the oil shale particles dispersed in steam and with steam at a temperature in the range of 371 ° C (700 ° F) to 482 ° C (900 ° F) and a pressure
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im Bereich von 70,3 bis 210,9 atü (1000 bis 3000 psig) behandelt werden. Das Öl von dem Ölschiefer wird in Dampfform vermischt mit Wasserdampf entnommen.in the range of 70.3 to 210.9 atmospheres (1000 to 3000 psig). The oil from the oil shale is in vapor form taken mixed with water vapor.
In der US-PS 2 665 238 (1954) wird ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Ölschiefer beschrieben, bei dem der Schiefer mit Wasser in großer Menge, bezogen auf das Gewicht des Schiefers, bei einer Temperatur über 26O°C (500°F) und bei einem Druck über 70,3 kg/cm (1000 psi) behandelt wird. Die Menge an gewonnenem Öl nimmt im allgemeinen zu, wenn die Temperatur oder der Druck weiter erhöht werden, aber Drucke, die so hoch sind wie 210,9 atü (3000 psig),und Temperaturen, die mindestens so hoch sind wie 3 71°C (7000F), sind erforderlich, um im wesentlichen das gesamte Öl zu gewinnen.US Pat. No. 2,665,238 (1954) describes a process for extracting oil from oil shale in which the shale is mixed with water in large quantities, based on the weight of the shale, at a temperature above 260 ° C (500 ° F ) and treated at a pressure in excess of 70.3 kg / cm (1000 psi). The amount of oil recovered generally increases as the temperature or pressure is increased further, but pressures as high as 210.9 atmospheres (3000 psig) and temperatures as high as 371 ° C (700 ° F) are required to recover substantially all of the oil.
In der US-PS 2 665 390 (1948) wird im allgemeinen Erläuterungen ein Verfahren beschrieben, bei dem Kohle in flüssigen Lösungsmitteln bei hohen Temperaturen gelöst und dann die Lösung in eine Verkohlungsvorrichtung bzw. Verkokungsvorrichtung atomisiert wird, die superkritischen Bedingungen werden jedoch nicht erwähnt. In der US-Defensive Publication 700 (eingereicht am 25. Januar 1968) wird die Verwendung eines Gasextraktionsmittels beschrieben, um aus einer Lösung von Kohle in einem flüssigen Lösungsmittel eine Fraktion zu gewinnen, die als Beschickungsmaterial für das Hydrocracken für Motorenbenzin geeignet ist.In US Pat. No. 2,665,390 (1948), a process is described in general explanations in which coal is dissolved in liquid solvents dissolved at high temperatures and then the solution in a charring device or coking device is atomized, but the supercritical conditions are not mentioned. In the US Defensive Publication 700 (filed January 25, 1968) describes the use of a gas extractant to extract from a solution of Coal in a liquid solvent to recover a fraction that is used as feed for hydrocracking is suitable for motor gasoline.
In der US-PS 3 642 607 (1972) wird ein Verfahren zur Lösung von bituminöser Kohle durch Erwärmen einer Mischung aus bituminöser Kohle einem Wasserstoff-Donator-Öl, Kohlenmonoxyd, Wasser und einem Alkalimetallhydroxyd oder einer Vorstufe bei einer Temperatur von ungefähr 400 bis 45O°C und einem Gesamtdruck von mindestens ungefähr 281 atü (4000 psig) beschrieben. In U.S. Patent 3,642,607 (1972) a method of solving the problem is disclosed of bituminous coal by heating a mixture of bituminous coal and a hydrogen donor oil, carbon monoxide, Water and an alkali metal hydroxide or a precursor at a temperature of about 400 to 450 ° C and one Total pressures of at least about 281 atmospheres (4000 psig) are reported.
In der US-PS 3 687 838 (1972) wird das gleiche Verfahren wie in der US-PS 3 642 607 (1972) beschrieben, aber bei diesem Verfahren werden ein Alkalimetall oder Ammoniummolybdat an-U.S. Patent No. 3,687,838 (1972) describes the same procedure as that described in U.S. Patent No. 3,642,607 (1972), but with this one Process, an alkali metal or ammonium molybdate
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stelle des Alkalimetallhydroxyds oder seiner Vorstufe verwendet.place of the alkali metal hydroxide or its precursor.
In der US-PS 3 796 650 (1974) wird ein Verfahren zur Entaschung und Verflüssigung von Kohle beschrieben, bei dem zerkleinerte
Kohle mit Wasser, von dem mindestens ein Teil in flüssiger Phase vorliegt, mit einem von außen zugeführten reduzierenden Gas
und einer Verbindung, wie Ammoniak oder Alkalimetallcarbonaten oder -hydroxyden, bei Verflüssigungsbedingungen einschließlich
einer Temperatur von 200 bis 3 7O°C behandelt wird, um ein
hydrokohlenstoffhaltiges Produkt herzustellen.US Pat. No. 3,796,650 (1974) describes a process for deashing and liquefying coal, in which crushed coal is mixed with water, at least part of which is in the liquid phase, with a reducing gas supplied from the outside and a compound, such as ammonia or alkali metal carbonates or hydroxides, is treated under liquefaction conditions including a temperature of 200 to 3 70 ° C to a
to manufacture hydrocarbon containing product.
Es gibt zahlreiche Literaturstellen für Verfahren zum Spalten (Cracken), für die Entschwefelung, für die Denitrifikation,
für die Entmetallisierung und allgemein für die Qualitätsverbesserung
von Kohlenwasserstoff-Fraktionen, bei denen Wasser
mitverwendet wird. Beispielsweise wird in der US-PS 3 453 206 (1969) ein Vielstufenverfahren zur Hydroraffinierung von
schweren Kohlenwasserstoff-Fraktionen beschrieben, bei dem
die Konzentration an schwefelhaltigen, stickstoffhaltigen,
metallorganischen und asphaltenischen Verunreinigungen daraus beseitigt oder vermindert werden soll. Die stickstoffhaltigen
und schwefelhaltigen Verunreinigungen werden in Ammoniak
und Schwefelwasserstoff überführt. Bei diesen Verfahren wird
die Kohlenwasserstoff-Fraktion in Abwesenheit eines Katalysators mit einer Mischung aus Wasser und" von außen zugeführtem
Wasserstoff bei einer Temperatur über der kritischen Temperatur des Wassers und bei einem Druck von mindestens 70,3 atü
(1000 psig) vorbehandelt, und dann wird das flüssige Produkt
von der Vorbehandlungsstufe mit von außen zugeführtem Wasserstoff bei Hydroraffinier-Bedingungen und in Anwesenheit einer
katalytischen Masse umgesetzt. Die katalytische Masse enthält eine Metallkomponente zusammen mit einem feuerfesten anorganischen
Oxyd-Trägermaterial entweder synthetischen oder natürlichen
Ursprungs, wobei das Trägermaterial einen mittleren bis hohen Oberflächenbereich und eine gutentwickelte Porenstruktur
besitzt. Als Metallkomponenten können verwendet werden Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Chrom, Eisen,There are numerous references for processes for cracking (cracking), for desulfurization, for denitrification,
for demetallization and generally for improving the quality of hydrocarbon fractions in which water
is also used. For example, U.S. Patent 3,453,206 (1969) discloses a multistep process for hydrofining
heavy hydrocarbon fractions described in which
the concentration of sulfur-containing, nitrogen-containing,
organometallic and asphaltenic impurities are to be removed or reduced therefrom. The nitrogenous and sulfurous impurities are converted into ammonia
and hydrogen sulfide transferred. In these procedures
the hydrocarbon fraction in the absence of a catalyst with a mixture of water and "externally fed."
Hydrogen at a temperature above the critical temperature of water and at a pressure of at least 70.3 atü
(1000 psig) and then the liquid product
reacted from the pretreatment stage with externally supplied hydrogen under hydro refining conditions and in the presence of a catalytic mass. The catalytic mass contains a metal component together with a refractory inorganic oxide carrier material of either synthetic or natural origin, the carrier material having a medium to high surface area and a well-developed pore structure. The metal components that can be used are vanadium, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, chromium, iron,
Kobalt, Nickel, Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium, Ruthenium und Mischungen davon.Cobalt, nickel, platinum, palladium, iridium, osmium, rhodium, ruthenium and mixtures thereof.
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In der US-PS 3 501 396 (1970) wird ein Verfahren zur Entschwefelung und Denitrifikation von Öl beschrieben, bei dem das Öl mit Wasser bei einer Temperatur über der kritischen Temperatur des Wassers bis zu ungefähr 427°C (800°F) und einem Druck im Bereich von ungefähr 70,3 atü (70,3 psig) bis ungefähr 175,8 atü (2500 psig) vermischt wird und wobei, dann die entstehende Mischung mit von außen zugeführtem Wasserstoff in Kontakt mit einer katalytischen Masse umgesetzt wird. Die katalytische Masse kann als Katalysator mit Doppelfunktion beschrieben werden und enthält eine Metallkömponente, wie Iridium, Osmium, Rhodium, Ruthenium oder Mischungen davon und eine saure Trägerkomponente mit Spaltaktivität. Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist, daß der Katalysator in seiner Natur sauer ist. Ammoniak und Schwefelwasserstoff werden bei der Umwandlung der stickstoffhaltigen und schwefelhaltigen Verbindungen gebildet.In US Pat. No. 3,501,396 (1970) a method for desulfurization is disclosed and denitrification of oil described in which the oil with water at a temperature above the critical Water temperature up to about 427 ° C (800 ° F) and mixing at a pressure in the range of about 70.3 atmospheres (70.3 psig) to about 175.8 atmospheres (2500 psig) and wherein, then the resulting mixture is reacted with externally supplied hydrogen in contact with a catalytic mass will. The catalytic mass can be described as a catalyst with a dual function and contains a metal component, such as iridium, osmium, rhodium, ruthenium or mixtures thereof and an acidic carrier component with cleavage activity. An essential one The feature of this process is that the catalyst is acidic in nature. Ammonia and hydrogen sulfide are formed during the conversion of nitrogen-containing and sulfur-containing compounds.
In der US-PS 3 586 621 (19 71) wird ein Verfahren zur Konvertierung schwerer Kohlenwasserstofföle, restlicher Kohlenwasserstoff-Fraktionen und von festem kohlenstoffhaltigen Material in·nützlichere gasförmige und flüssige Produkte beschrieben, bei dem das Material, das konvertiert werden soll, mit einem Nickel-Spinell-Katalysator, der mit einem Bariumsalz einer organischen Säure aktivitiert ist, in Anwesenheit von Wasserdampf behandelt wird. Eine Temperatur im Bereich von 316°C bis ungefähr 538°C (600 bis 1000°F) und ein Druck im Bereich von 14,1 bis 211 atü (200 bis 3000 psig) werden verwendet.In U.S. Patent No. 3,586,621 (19 71) a method of conversion is disclosed heavy hydrocarbon oils, residual hydrocarbon fractions and from solid carbonaceous material described in more useful gaseous and liquid products, in which the material that is to be converted with a nickel spinel catalyst, which is treated with a barium salt organic acid is activated, is treated in the presence of water vapor. A temperature in the range of 316 ° C to about 538 ° C (600 to 1000 ° F) and a pressure in the range of 14.1 to 211 atmospheres (200 to 3000 psig) is used.
In der US-PS 3 676 331 (1972) wird ein Verfahren zur Qualitätsverbesserung von Kohlenwasserstoffen beschrieben, und dabei werden Materialien mit niedrigem Molekulargewicht und vermindertem, Schwefelgehalt und Kohlenstoffrest gebildet, indem man Wasser und ein Katalysatorsystem, das mindestens zwei Komponenten enthält, zu der Kohlenwasserstoff-Fraktion gibt. Das Wasser kann der natürliche Wassergehalt der Kohlenwasserstoff-Fraktion sein, oder es kann zu der Kohlenwasserstoff-Fraktion aus einer äußeren Quelle zugegeben werden. Das Wasserzu-Kohlenwasserstoff-Fraktion-Volumenverhältnis liegt bevor-US Pat. No. 3,676,331 (1972) describes a method for improving quality of hydrocarbons, including materials with low molecular weight and reduced, Sulfur content and carbon residue formed by adding water and a catalyst system that has at least two Contains components to which the hydrocarbon fraction is added. The water can be the natural water content of the hydrocarbon fraction or it can be added to the hydrocarbon fraction from an external source. The water to hydrocarbon fraction volume ratio is imminent-
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zugt im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5. Mindestens die erste der Komponenten des Katalysatorsystems begünstigt die Bildung von Wasserstoff durch Umsetzung von Wasser bei der Wasser-Gas-Umlagerungsreaktion,und mindestens der zweite Bestandteil des Katalysatorsystems begünstigt die Umsetzung zwischen dem gebildeten Wasserstoff und den Bestandteilen der Kohlenwasserstoff-Fraktion. Geeignete Materialien, die als erste Komponente des Katalysatorsystems verwendet werden können, sind die Carbonsäuresalze von Barium, Calcium, Strontium und Magnesium. Geeignete Materialien, die als zweite Komponente in dem Katalysatorsystem verwendet werden können, sind die Carbonsäuresalze von Nickel, Kobalt und Eisen. Das Verfahren wird bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von ungefähr 399°C bis ungefähr 454°C (750 bis 85O°F) und einem Druck von ungefähr 21,09 bis ungefähr 281 atü (300 bis 4000 psig) durchgeführt, damit der Hauptteil des Rohöls in flüssigem Zustand verbleibt.added in the range of about 0.1 to about 5. At least the first of the components of the catalyst system will benefit the formation of hydrogen by the conversion of water in the water-gas rearrangement reaction, and at least the second Part of the catalyst system favors the conversion between the hydrogen formed and the constituents the hydrocarbon fraction. Suitable materials to be used as the first component of the catalyst system are the carboxylic acid salts of barium, calcium, strontium and magnesium. Suitable materials as the second component The carboxylic acid salts of nickel, cobalt and iron can be used in the catalyst system. The procedure is at a reaction temperature in the range of about 399 ° C to about 454 ° C (750 to 850 ° F) and a pressure of about 21.09 to about 281 atmospheres (300 to 4000 psig), so that most of the crude oil remains in a liquid state.
In der US-PS 3 733 259 (1973) wird ein Verfahren zur Entfernung von Metallen, Asphaltenen und Schwefel aus schwerem Kohlenwasserstofföl beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Öl mit Wasser dispergiert, diese Dispersion wird bei einer Temperatur zwischen 399 und 454°C (750 und 85O°F) und einem Druck zwischen Atmosphärendruck und 7,03 atü (100 psig) gehalten, die Dispersion wird nach mindestens l/2 Stunde abgekühlt, um eine stabile Wasser-Asphalten-Emulsion zu bilden, dann wird die Emulsion von dem behandelten Öl abgetrennt, Wasserstoff wird zugegeben und das entstehende behandelte Öl wird mit einem Hydrierungskatalysator bei einer Temperatur zwischen 260 und 482°C (500 und 900°F) und einem Druck zwischen ungefähr 21,09 und 122 atü (300 und 3000 psig) behandelt. U.S. Patent No. 3,733,259 (1973) discloses a process for removing metals, asphaltenes, and sulfur from heavy hydrocarbon oil described. In this process, the oil is dispersed with water, this dispersion is used in a Temperature maintained between 399 and 454 ° C (750 and 850 ° F) and a pressure between atmospheric and 7.03 atg (100 psig), the dispersion is cooled after at least 1/2 hour in order to form a stable water-asphaltene emulsion, then the emulsion is separated from the treated oil, hydrogen is added and the resulting treated oil is operated with a hydrogenation catalyst at a temperature between 260 and 482 ° C (500 and 900 ° F) and a pressure between treated approximately 21.09 and 122 atmospheres (300 and 3000 psig).
Es wurde ebenfalls angegeben, daß das teilweise staatliche Japanische Atomic Energy Research Institute, das mit der Chisso Engineering Corporation zusammenarbeitet, ein Verfahren entwickelt, welches als "simple, low-cost, hot-water, oil desulfurization process" bezeichnet wird und welches eineIt was also stated that the partially state Japanese Atomic Energy Research Institute working with Chisso Engineering Corporation, a process developed, which is called "simple, low-cost, hot-water, oil desulfurization process" and which one
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ausreichende technische Anwendbarkeit besitzen soll, um mit dem Hydrierungsverfahren zu konkurrieren. Das Verfahren selbst besteht darin, daß man Öl durch einen unter Druck stehenden Boiler-Wassertank leitet, in dem Wasser auf ungefähr 25O°C unter einem Druck von ungefähr 100 Atmosphären erwärmt ist. Die Sulfide im Öl werden abgetrennt, wenn die Wassertemperatur auf unter 1OO°C erniedrigt wird.should have sufficient technical applicability to deal with to compete with the hydrogenation process. The process itself consists of putting oil through one under pressure standing boiler water tank in the water at about 250 ° C under a pressure of about 100 atmospheres is heated. The sulphides in the oil are separated when the water temperature is lowered below 100 ° C.
Soweit der Anmelderin bekannt ist, wurde das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoff-Fraktionen mit verbesserter Qualität aus kohlenstoffhaltigen Materialien noch nicht beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Arbeiten in einer einzigen Stufe bei Temperaturen, die niedriger sind als die üblich verwendeten Temperaturen, ohne äußere Quelle für Wasserstoff und ohne eine Herstellung oder Vorbehandlung, wie eine Entsalzung oder Entmetallisierung, bevor die Qualität der gewonnenen Kohlenwasserstoff-Fraktion verbessert wird.As far as the applicant is aware, the process according to the invention for the production of hydrocarbon fractions with improved quality from carbonaceous materials not yet described. The method according to the invention enables working in a single stage at temperatures that are lower than those normally used, without an external source of hydrogen and without a production or pretreatment, such as desalination or demetallization, before the quality of the recovered hydrocarbon fraction is improved.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutert.Embodiments according to the invention are explained with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, wo die Beziehung des Gewichtsverlustes beim Calcinieren von Ölschiefer mit den Ergebnissen der Fischer-Analyse dieser Feststoffe dargestellt ist. Fig. 1 is a graph showing the relationship of the weight loss in calcining oil shale with the results of Fischer analysis of these solids.
In Fig» 2 sind eine Reihe von graphische'n Darstellungen dargestellt, die die Temperaturabhängigkeit der Ausbeuten an Kohlenwasserstoffprodukt aus Ölschiefer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen. A series of graphs are shown in FIG. 2 which show the temperature dependence of the yields of hydrocarbon product from oil shale in the process according to the invention.
Fig. 3 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen, in denen die Abhängigkeit der Ausbeuten an Öl und Bitumen aus Ölschiefer von der Teilchengröße des Ölschiefers und von der Kontaktzeit bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. 3 is a series of graphs showing the dependence of the yields of oil and bitumen from oil shale on the particle size of the oil shale and on the contact time using the method of the invention.
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Fig. 4 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen, wo die Abhängigkeit der Ölselektivität von der Teilchengröße des Ölschiefers und von der Kontaktzeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt wird. 4 is a series of graphs showing the dependence of the oil selectivity on the particle size of the oil shale and on the contact time in the process of the invention.
Fig. 5 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen, wo die Hexan-Ausbeute unter Verwendung von 1-Hexen als Ausgangsmaterial bei unterschiedlichen Mengen an Katalysator in Anwesenheit einer gleichen Menge an Aktivator dargestellt wird. Figure 5 is a series of graphs showing the hexane yield using 1-hexene as the starting material for different amounts of catalyst in the presence of an equal amount of activator.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, wo die Hexan-Ausbeute unter Verwendung von 1-Hexen als Ausgangsmaterial in Abhängigkeit von unterschiedlichen Mengen des Aktivators in Anwesenheit einer gegebenen Menge an Katalysator dargestellt ist. Fig. 6 is a graph showing the hexane yield using 1-hexene as the starting material as a function of different amounts of activator in the presence of a given amount of catalyst.
Fig. 7-ist eine schematische Darstellung des Fließschemas, das für eine semi-kontinuierliche Behandlung einer Kohlenwasserstoff-Fraktion verwendet werden kann. Figure 7 is a schematic representation of the flow sheet that can be used for semi-continuous treatment of a hydrocarbon fraction.
Es wurde gefunden, daß Kohlenwasserstoffe aus kohlenstoffhaltigen Materialien gewonnen werden können und daß die Qualität der gewonnenen Kohlenwasserstoffe verbessert werden kann, daß sie gespalten, entschwefelt werden können und, wenn das kohlenstoffhaltige Material Teersandfeststoffe, Ölschieferfeststoffe oder eine Kohlenwasserstoff-Fraktion ist, die Paraffine, Olefine, Olefin-Äquivalente oder Acetylene als solche oder als Substituenten an Ringverbindungen enthält, es entmetallisiert und gegebenenfalls hydriert und vom Stickstoff befreit werden kann, indem man das kohlenstoffhaltige Material mit einer dichten, Wasser enthaltenden Phase,entweder einem Gas oder einer Flüssigkeit, bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von ungefähr 316°C bis ungefähr 482°C (600 bis 900°F), d.h. von ungefähr 315 bis ungefähr 485°C, in Abwesenheit von zusätzlich zugeführtem Wasserstoff und abhängig von der Art und dem Ausmaß der gewünschten Qualitätsverbesserung, in Abwesenheit oder Anwesenheit eines von außen zugegebenen Katalysatorsystems, be-It has been found that hydrocarbons from carbonaceous Materials can be recovered and that the quality of the recovered hydrocarbons can be improved that they can be cracked, desulfurized and, if the carbonaceous material is tar sand solids, oil shale solids or a hydrocarbon fraction, the paraffins, olefins, Contains olefin equivalents or acetylenes as such or as substituents on ring compounds, it is demetallized and can optionally be hydrogenated and freed from nitrogen by the carbonaceous material with a dense, Phase containing water, either a gas or a liquid, at a reaction temperature in the range of about 316 ° C to about 482 ° C (600 to 900 ° F), i.e. from about 315 to about 485 ° C, in the absence of additional feed Hydrogen and depending on the type and extent of the desired quality improvement, in the absence or presence an externally added catalyst system,
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handelt. Wenn das kohlenstoffhaltige Material ein Kohlefeststoff ist, kann die feste Kohle, die nach der Behandlung durch das erfindungsgemäße Verfahren verbleibt, entschwefelt werden. Dieses Verfahren ist mit dem ganzen Bereich, d.h. mit allen Kohlenwasserstoff-Fraktionen, durchführbar einschließlich von sowohl leichten Materialien als auch schweren Materialien, wie Gasöl, restlichen Ölen, Teersandöl, Ölschiefer-Kerogen-Extrakten und verflüssigten Kohleprodukten.acts. When the carbonaceous material is a solid carbon is, the solid coal remaining after the treatment by the method of the present invention can be desulfurized. This procedure is feasible with the whole range, i.e. with all hydrocarbon fractions, including both light materials and heavy materials such as gas oil, residual oils, tar sand oil, oil shale kerogen extracts and liquefied coal products.
Es wurde gefunden, daß, um die Gewinnung der Kohlenwasserstoffe aus dem kohlenstoffhaltigen Material zu bewirken und um die chemische Umwandlung der gewonnenen Kohlenwasserstoffe in leichtere nützlichere Kohlenwasserstoff-Fraktionen zu erreichen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - bei dem Verfahrensstufen durchgeführt werden, die charakteristischerweise in Lösung und nicht in typischen pyrolytischen Verfahren auftreten das Wasser in der Phase aus dichtem fluiden Material, das Wasser enthält, eine hohe Lösungsini ttelkraft und flüssigkeitsähnliche Dichten besitzen muß, beispielsweise mindestens 0,1 g pro ml und nicht dampfartige Dichten. Das Vorhandensein von Wasser in der dichten, Wasser enthaltenden Phase mit relativ hoher Dichte ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, sowohl bei Temperaturen unterhalb als auch überhalb der kritischen Temperatur des Wassers. Die Dichte des Wassers in der dichten Phase, die Wasser enthält, muß mindestens 0,1 g pro ml betragen.It has been found that in order to effect the recovery of the hydrocarbons from the carbonaceous material and the to achieve chemical conversion of recovered hydrocarbons into lighter, more useful hydrocarbon fractions, in the process according to the invention - in which process steps are carried out, which are characteristically in solution and that does not occur in typical pyrolytic processes Water in the phase of dense fluid material, which contains water, has a high solubilizing power and is liquid-like Must have densities, for example at least 0.1 g per ml and not vapor-like densities. The presence of Water in the dense, water-containing phase with a relatively high density is essential in the process according to the invention, both at temperatures below and above the critical temperature of the water. The density of the water in the dense phase, which contains water, must be at least 0.1 g per ml.
Die hohe Lösungsmittelkraft von dichten, fluiden Materialien wird in der Monographie "The Principles of Gas Extraction" von P.F.M. Paul und W.S. Wise, publiziert von Mills and Boon Limited in London, 1971, näher diskutiert. Beispielsweise ist der Unterschied in der Lösungsmittelkraft von Wasserdampf und dichtem gasförmigen Wasser, das bei einer Temperatur im Bereich der kritischen Temperatur des Wassers und bei erhöhtem Druck gehalten wird, wesentlich. Selbst üblicherweise unlösliche anorganische Materialien, wie Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd, beginnen sich merklich in "superkritischem Wasser" zu lösen, d.h. in Wasser, welches bei einer Temperatur überThe high solvent power of dense, fluid materials is described in the monograph "The Principles of Gas Extraction" by P.F.M. Paul and W.S. Wise, published by Mills and Boon Limited in London, 1971. For example, the difference in the solvent power of water vapor and dense gaseous water that is at a temperature in the range of the critical temperature of the water and at elevated Pressure is maintained essential. Even usually insoluble inorganic materials, such as silicon dioxide and aluminum oxide, begin to dissolve noticeably in "supercritical water", i.e. water which is at a temperature above
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der kritischen Temperatur des Wasser gehalten wird, solange eine hohe Wasserdichte aufrechterhalten wird.the critical temperature of the water is maintained as long as a high water density is maintained.
Man muß ausreichend Wasser verwenden, so daß ausreichend Wasser in der Wasser enthaltenden, dichten Phase vorhanden ist, so daß es als wirksames Lösungsmittel für die gewonnenen Kohlenwasserstoffe wirken kann. Das Wasser in der Wasser enthaltenden, dichten Phase kann entweder als flüssiges Wasser oder als dichtes gasförmiges Wasser vorhanden sein. Der Dampfdruck des Wassers in der dichten, Wasser enthaltenden Phase muß bei einem ausreichend hohen Wert gehalten werden, so daß die Dichte des Wassers in der dichten, Wasser enthaltenden Phase mindestens 0,1 g pro ml beträgt.Sufficient water must be used so that there is sufficient water in the water-containing, dense phase, making it an effective solvent for the recovered hydrocarbons can work. The water in the water-containing, dense phase can either be liquid or water be present as dense gaseous water. The vapor pressure of the water in the dense, water-containing phase must be a sufficiently high value so that the density of the water in the dense, water-containing phase at least 0.1 g per ml.
Es wurde gefunden, daß, bedingt durch die Begrenzungen, die durch die Größe der Reaktionskessel, die verwendet werden können, gegeben sind, ein Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstoff-Fraktion zu Wasser in der Wasser enthaltenden, dichten Phase im Bereich von ungefähr 1:1 bis ungefähr 1:10 bevorzugt ist und daß ein Verhältnis im Bereich von ungefähr 1:2 bis ungefähr 1:3 am meisten bevorzugt ist. Ähnlich ist ein Gewichtsverhältnis von Ölschiefer, Teersand oder Kohlefeststoffen zu Wasser in der Wasser enthaltenden, dichten Phase im Bereich von ungefähr 3:2 bis ungefähr 1:10 bevorzugt, und ein Verhältnis im Bereich von ungefähr 1:1 bis ungefähr 1:3 ist am meisten bevorzugt.It has been found that due to the limitations imposed by the size of the reaction kettles that are used can, given, a weight ratio of hydrocarbon fraction to water in the water-containing, dense Phase in the range of about 1: 1 to about 1:10 is preferred and that a ratio in the range of about 1: 2 up to about 1: 3 is most preferred. Similar is a weight ratio of oil shale, tar sands, or coal solids to water in the water-containing, dense phase in the range of about 3: 2 to about 1:10 preferred, and a ratio in the range from about 1: 1 to about 1: 3 is most preferred.
Ein besonders nützliches Wasser enthaltendes fluides Material enthält Wasser zusammen mit einer organischen Verbindung, wie Biphenyl, Pyridin, einem teilweise hydrierten aromatischen Öl, oder einer ein- oder mehrwertigen Verbindung, wie Methylalkohol, Die Verwendung solcher Kombinationen vergrößert die Grenzen der Löslichkeit und Auflösungs-Geschwindigkeiten, so daß das Spalten, die Hydrierung, die Entschwefelung, die Entmetallisierung und die Denitrifikation noch leichter stattfinden können. Weiterhin kann eine Komponente, die anders ist als Wasser, in der Wasser enthaltenden, dichten Phase als Quelle für Wasserstoff, beispielsweise durch Umsetzung mit Wasser, dienen.A particularly useful water-containing fluid material contains water along with an organic compound such as Biphenyl, pyridine, a partially hydrogenated aromatic oil, or a mono- or polyvalent compound such as methyl alcohol, The use of such combinations increases the limits of solubility and dissolution rates, so that the Fissures, hydrogenation, desulfurization, demetallization and denitrification can take place even more easily. Furthermore, a component that is different from water, in the dense phase containing water as a source of hydrogen, for example by reacting with water.
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Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schwefel- und Stickstoff-beständiger Katalysator, wie mindestens eine lösliche oder unlösliche Übergangsmetallverbindung oder ein Übergangsmetall, abgeschieden auf einem Träger, oder Mischungen davon verwendet wird, so ist ein solcher Katalysator wirksam, wenn er in einer Menge zugegeben wird, die äquivalent ist zu der Konzentration in dem Wasser des Wasser enthaltenden, fluiden Materials im Bereich von ungefähr 0,02 bis ungefähr 1,0 Gewichts-% und bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,15 Gewichts-%.If in the method according to the invention a sulfur and Nitrogen-resistant catalyst, such as at least one soluble or insoluble transition metal compound or transition metal, deposited on a support, or mixtures thereof, is used, such a catalyst is effective, when added in an amount equivalent to the concentration in the water of the water-containing fluid Material in the range of about 0.02 to about 1.0 weight percent, and preferably in the range of about 0.05 to about 0.15% by weight.
Wenn ein solcher Katalysator in dem Wasser enthaltenden, fluiden Material nicht löslich ist, dann kann er als Feststoff zugegeben werden und in der Reaktionsmischung aufgeschlämmt werden. Alternativ kann der Katalysator auf einem Träger abgeschieden und in dem Wasser enthaltenden, fluiden Material aufgeschlämmt werden. Kohle, Aktivkohle, feuerfeste Tonerde und Oxyde, wie Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Mangandioxyd und Titandioxyd, wurden mit Erfolg als Träger für unlösliche Katalysatoren verwendet. Jedoch sind Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd mit hohem Oberflächenbereich nur dann zufriedenstellend als Träger, wenn sie bei Reaktionstemperaturen unter der kritischen Temperatur von Wasser verwendet werden.If such a catalyst is in the water containing fluid Material is not soluble, then it can be added as a solid and slurried in the reaction mixture. Alternatively, the catalyst can be deposited on a carrier and slurried in the water-containing fluid material will. Charcoal, activated carbon, refractory alumina and oxides, such as silicon dioxide, aluminum oxide, manganese dioxide and Titanium dioxide, has been used with success as a carrier for insoluble catalysts. However, silica and alumina are with a high surface area is only satisfactory as carriers when used at reaction temperatures below the critical temperature of water.
Man kann irgendein geeignetes Verfahren zur Abscheidung eines Katalysators auf einem Träger verwenden. Ein geeignetes Verfahren besteht darin, daß man den Träger in eine Lösung eintaucht, die das gewünschte Gewicht an Katalysator, gelöst in einem geeigneten Lösungsmittel, enthält. Das Lösungsmittel wird dann entfernt, und der Träger mit dem darauf abgeschiedenen Katalysator wird getrocknet. Der Träger und der Katalysator werden dann in einem Inertgasstrom bei ungefähr 500°C während ungefähr 4 bis 6 Stunden calciniert. Der Katalysator kann dann je, wie es gewünscht wird, reduziert oder oxydiert werden.Any suitable method of depositing a catalyst on a support can be used. A suitable method consists in immersing the support in a solution containing the desired weight of catalyst dissolved in a suitable solvent. The solvent is then removed and the support with the catalyst deposited thereon is dried. The support and catalyst are then placed in a stream of inert gas at about 500 ° C for about Calcined for 4 to 6 hours. The catalyst can then be reduced or oxidized as desired.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schwefel-beständiger Katalysator, wie mindestens ein basisches Metallcarbonat, basisches Metallhydroxyd, Übergangsmetalloxyd, ein Oxyd-bilden-If in the method according to the invention a sulfur-resistant Catalyst, such as at least one basic metal carbonate, basic metal hydroxide, transition metal oxide, an oxide-forming
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des Ubergangsmetallsalz oder Kombinationen davon, verwendet wird, ist ein solcher Katalysator wirksam, wenn er in einer Menge äquivalent zu einer Konzentration in dem Wasser des Wasser enthaltenden, fluiden Materials im Bereich von ungefähr 0,01 bis ungefähr 3,0 Gewichts-% und bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,10 bis ungefähr 0,50 Gewichts-% zugegeben wird.of the transition metal salt or combinations thereof is, such a catalyst is effective when it is in an amount equivalent to a concentration in the water of the Fluid material containing water in the range from about 0.01 to about 3.0% by weight and preferably in the range from about 0.10 to about 0.50 weight percent is added.
Solche Katalysatoren können als Feststoff zugefügt werden und in der Reaktionsmischung aufgeschlämmt werden, oder sie können als wasserlösliches Salz, beispielsweise als Manganchlorid oder Kaliumpermanganat, zugegeben werden, das das entsprechende Oxyd unter den Bedingungen bildet, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werdeb. Alternativ kann der Katalysator auf einem Träger abgeschieden werden und als solcher in einer Wirbelschicht verwendet werden, oder er kann in dem Wasser enthaltenden, fluiden Material aufgeschlämmt werden.Such catalysts can be added as a solid and slurried in the reaction mixture, or they can be added as a water-soluble salt, for example as manganese chloride or potassium permanganate, the forms corresponding oxide under the conditions which are used in the process according to the invention. Alternatively can the catalyst can be deposited on a support and used as such in a fluidized bed, or it can be slurried in the water-containing fluid material.
Das Verfahren kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich oder semi-kontinuierlich durchgeführt werden. Kontakt- bzw. Verweilzeiten zwischen dem kohlenstoffhaltigen Material und der dichten, Wasser enthaltenden Phase, d.h. die Verweilzeit bei einem ansatzweise arbeitenden Verfahren, oder umgekehrt die Lösungsmittelraumgeschwindigkeit bei einem Strömungsverfahren können in der Größenordnung von Minuten bis zu ungefähr 6 Stunden betragen und sind zufriedenstellend, um eine wirksame Spaltung, Hydrierung, Entschwefelung, Entmetallisierung und Denitrifikation der gewonnenen Kohlenwasserstoffe zu erreichen.The process can be carried out either batchwise or continuously or semi-continuously. Contact or Residence times between the carbonaceous material and the dense, water-containing phase, i.e. the residence time in a batch process, or conversely, the solvent space velocity in a flow process can be on the order of minutes up to about 6 hours and are satisfactory to a effective cleavage, hydrogenation, desulfurization, demetallization and denitrification of the hydrocarbons obtained reach.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden das Wasser enthaltende, fluide Material und der Ölschiefer, der Teersand oder die Kohlefeststoffe miteinander kontaktiert, indem man eine Aufschlämmung aus Ölschiefer, Teersand oder Kohlefeststoffen in dem Wasser enthaltenden, fluiden Material durchführt.In the process according to the invention, the water-containing, fluid material and the oil shale, tar sands or coal solids are contacted by one Slurry of oil shale, tar sand, or coal solids carried out in the water-containing, fluid material.
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Wenn das erfindungsgemäße Verfahren über der Erde mit abgebautem Ölschiefer, Teersand oder Kohle durchgeführt wird, können die Kohlenwasserstoffe schneller gewonnen werden, wenn die abgebauten Feststoffe gemahlen werden, bevorzugt auf eine Teilchengröße mit einem Durchmesser von 1,27 cm (l/2 inch) oder kleiner. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls in situ bei unterirdischen Ablagerungen durchgeführt werden, indem man das Wasser enthaltende, fluide Material in die Ablagerungen pumpt und die Kohlenwasserstoffprodukte entnimmt, um sie abzutrennen oder weiterzuverarbeiten.If the method according to the invention is above ground with mined Oil shale, tar sand or coal is carried out, the hydrocarbons can be extracted more quickly if the mined Solids are milled, preferably to a particle size of 1.27 cm (1/2 inch) or less smaller. Alternatively, the method according to the invention can also be carried out in situ in the case of underground deposits by pumping the water-containing fluid material into the deposits and removing the hydrocarbon products, to separate or process them.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Die Beispiele 1 bis 3 8 betreffen die ansatzweise Verarbeitung von Ölschiefer und Teersand als Beschickungsmaterialien bei einer Vielzahl von Bedingungen und erläutern, daß Kohlenwasserstoffe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen, gespalten, entschwefelt und, wenn das kohlenstoffhaltige Material ein Ölschiefer-ο der ein Teersand-Feststoff oder eine Kohlenwasserstoff-Fraktion ist, die Paraffine, Olefine, Olefin-Äquivalente oder Acetylene oder solche als Substituenten an Ringverbindungen enthält, demetallisiert und gegebenenfalls hydriert und vom Stickstoff befreit werden können. Sofern nicht anders angegeben, wird in jedem Fall das folgende Verfahren verwendet. Der Ölschiefer oder der Teersand als Beschickungsmaterial, Wasser und, sofern verwendet, die Komponenten des Katalysatorsystems werden bei Umgebungstemperatur in einen 300 ml-Hastelloy-Legierung C Magne-Drive-Autoklaven gegeben, in dem die Reaktionsmischung vermischt wird. Die Komponenten des Katalysatorsystems werden als Lösungen in Wasser oder als Feststoffe in Aufschlämmungen in Wasser zugefügt. Sofern nicht anders angegeben, wird in jedem Beispiel ausreichend Wasser zugefügt, so daß bei der verwendeten Reaktionstemperatur, dem verwendeten Druck und dem verwendeten Reaktionsvolumen die Dichte des Wassers mindestens 0,1 g pro ml beträgt.Examples 1 to 38 relate to the batch processing of oil shale and tar sands as feed materials a variety of conditions and explain that hydrocarbons obtained by the process according to the invention, split, desulphurized and, if the carbonaceous material is an oil shale ο the a tar sand solid or a Hydrocarbon fraction is the paraffins, olefins, olefin equivalents or contains acetylenes or those as substituents on ring compounds, demetallized and optionally can be hydrogenated and freed from nitrogen. Unless otherwise specified, the following procedure will be used in each case used. The oil shale or tar sands as feed material, water and, if used, the components of the catalyst system are in a 300 ml Hastelloy alloy at ambient temperature C Magne-Drive autoclave in which the reaction mixture is mixed. The components of the catalyst system are added as solutions in water or as solids in slurries in water. Unless otherwise indicated, sufficient water is added in each example so that at the reaction temperature used, that used Pressure and the reaction volume used, the density of the water is at least 0.1 g per ml.
S0985Ö/0705S0985Ö / 0705
Der Autoklav wird mit einem inerten Argongasstrom gespült und dann geschlossen. Dieses Inertgas wurde ebenfalls zugefügt, um den Druck in dem Reaktionssystem zu erhöhen. Der Beitrag des Argons auf den Gesamtdruck bei Umgebungstemperatur wird als Argondruck bezeichnet.The autoclave is flushed with an inert argon gas stream and then closed. This inert gas was also added, to increase the pressure in the reaction system. The contribution of argon to the total pressure at ambient temperature is called argon pressure.
Die Temperatur des Reaktionssystems wird dann auf den gewünschten Wert erhöht, und die Phase aus dem dichten, fluiden Material, das Wasser enthält, wird gebildet. Ungefähr 28 Minuten sind erforderlich, um den Autoklaven von Umgebungstemperatur auf 349°C (66O°F) aufzuheizen. Ungefähr 6 Minuten sind erforderlich, um die Temperatur von 349°C (66O°F) auf 371°C (7oO°F) zu erhöhen. Ungefähr weitere 6 Minuten sind erforderlich, um die Temperatur von 3 71°C (700°F) auf 393°C (750 F) zu erhöhen. Wenn die gewünschte Endtemperatur erreicht ist, wird die Temperatur während der gewünschten Zeitdauer konstant gehalten. Diese konstante Endtemperatur und die Reaktionszeit bei dieser Temperatur werden als Reaktionstemperatur und Reaktionszeit definiert. Während der Reaktionszeit wird der Druck des Reaktionssystems erhöht, wie die Umsetzung abläuft. Der Druck zu Beginn der Reaktionszeit wird als Reaktionsdruck definiert.The temperature of the reaction system is then increased to the desired value, and the phase from the dense, fluid Material containing water is formed. Approximately 28 minutes are required to get the autoclave from ambient temperature heat up to 349 ° C (66O ° F). It takes approximately 6 minutes for the temperature to rise to 349 ° C (66O ° F) 371 ° C (70 ° F) to increase. Approximately another 6 minutes are required to raise the temperature from 371 ° C (700 ° F) to 393 ° C (750 F). When the desired final temperature is reached the temperature is kept constant for the desired period of time. This constant final temperature and the reaction time at this temperature the reaction temperature and reaction time are defined. During the response time will the pressure of the reaction system increases as the reaction proceeds. The pressure at the beginning of the reaction time is called the reaction pressure Are defined.
Nachdem die gewünschte Reaktionszeit bei der gewünschten Reaktionstemperatur und -druck abgelaufen ist, wird die dichte Phase aus fluidem Material, das Wasser enthält, entspannt und aus dem Reaktionsgefäß "flash-destilliert" (unter Entspannung destilliert), um das Gas, Wasser und "Öl" zu entfernen und wobei in dem Reaktionsgefäß "Bitumen", anorganischer Rückstand und Komponenten des Katalysatorsystems, sofern ein Katalysatorsystem verwendet wurde, zurückbleiben. Das "Öl" ist die flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktion, die bei oder unter der Reaktionstemperatur siedet, und das"Bitumen" ist die Kohlenwasserstoff-Fraktion, die über der Reaktionstemperatur siedet. Der anorganische Rückstand ist verbrauchter Schiefer oder verbrauchter Teersand.After the desired reaction time at the desired reaction temperature and pressure has expired, the dense phase of fluid material, which contains water, is relaxed and "flash-distilled" from the reaction vessel (with relaxation distilled) to remove the gas, water and "oil" and being in the reaction vessel "bitumen", more inorganic Residue and components of the catalyst system, if one Catalyst system was used, remain. The "oil" is the liquid hydrocarbon fraction which boils at or below the reaction temperature, and the "bitumen" is the hydrocarbon fraction, which boils above the reaction temperature. The inorganic residue is used slate or spent tar sand.
509850/0705509850/0705
Das Gas, das Wasser und das Öl werden in einem Druckkessel, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, gesammelt. Das Gas wird entfernt, indem man den Druckkessel auf Zimmertemperatur erwärmt und dann mit der Massenspektroskopie, der Gaschromatographie und der Infrarotspektroskopie untersucht. Das Wasser und das Öl werden dann aus dem Druckgefäß mit komprimiertem Gas herausgespült, gelegentlich ebenfalls durch Erwärmen des Kessels. Dann werden das Wasser und das Öl durch Abdekantieren getrennt. Das Öl wird auf seinen Schwefel- und Stickstoffgehalt unter Verwendung von Röntgenstrahlen-Fluoreszenz und dem Kjeldahl-Verfahren untersucht, und seine Dichte und sein API-spezifisches Gewicht werden bestimmt.The gas, the water and the oil are in a pressure vessel, which is cooled with liquid nitrogen, collected. The gas is removed by bringing the pressure vessel to room temperature heated and then examined with mass spectroscopy, gas chromatography and infrared spectroscopy. The water and the oil are then flushed out of the pressure vessel with compressed gas, occasionally also by heating the Boiler. Then the water and oil are separated by decanting. The oil is based on its sulfur and nitrogen content using X-ray fluorescence and the Kjeldahl method, and its density and API specific Weight are determined.
Das Bitumen, der anorganische Rückstand und die Komponenten des Katalysatorsystems, sofern vorhanden, werden aus dem Reaktionsgefäß mit Chloroform herausgewaschen, und das Bitumen wird in diesem Lösungsmittel gelöst. Der feste Rückstand wird dann aus der Lösung, die das Bitumen enthält, durch Filtration abgetrennt. Das Bitumen wird auf seine Schwefel- und Stickstoff-Gehalte analysiert, wobei man die gleichen Verfahren wie bei der Öl—Analyse verwendet. Der feste Rückstand wird auf seinen anorganischen Carbonat-Gehalt analysiert.The bitumen, the inorganic residue and the components of the catalyst system, if any, are removed from the reaction vessel washed out with chloroform, and the bitumen is dissolved in this solvent. The solid residue will then separated from the solution containing the bitumen by filtration. The bitumen is based on its sulfur and nitrogen contents analyzed using the same procedures as for oil analysis. The solid residue will analyzed for its inorganic carbonate content.
Um Kohlenwasserstoffe aus Ölschiefer zu gewinnen, wurden verschiedene Proben von Ölschiefer, die aus den Ölschieferablagerungen in Colorado erhalten wurden, untersucht. Diese Proben wurden in Form von Klumpen erhalten, die dann gemahlen und gesiebt wurden, wobei man Fraktionen unterschiedlicher Teilchengroßen erhielt. Um den Kerogen-Gehalt dieser Fraktionen zu ermitteln, wurden Teile von jeder Probe in Luft bei 53 8 C (1000 F) 30 Minuten calciniert, um Wasser und kerogene kohlenstoffhaltige Materialien zu entfernen, ohne das anorganische Carbonat zu zersetzen. Die Teilchengröße der Proben aus Ölschiefer, die dabei verwendet wurden, und der Gewichtsverlust in Prozent während der Calcinierung für jede dieser Proben sind in Tabelle I angegeben.To extract hydrocarbons from oil shale, various have been used Samples of oil shale obtained from the Colorado oil shale deposits examined. These samples were obtained in the form of lumps, which were then ground and sieved, giving fractions of different Particle size received. About the kerogen content of these fractions To determine, portions of each sample were calcined in air at 53 8 C (1000 F) for 30 minutes to contain water and kerogenic carbon Remove materials without decomposing the inorganic carbonate. The particle size of the samples from oil shale, used and the percent weight loss during calcination for each of these samples are given in Table I.
§09850/0705§09850 / 0705
Bei den Beispielen 1 bis 3 7 wurden die Kohlenwasserstoffe aus den Ölschieferproben, die in Tabelle I angegeben sind, unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens ansatzweise gewonnen. Diese Versuche wurden in einem 300 ml-Hastelloy-Legierung C Magne-Drive-Autoklaven durchgeführt. Die Versuchsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse dieser Beispiele sind in den folgenden Tabellen II und III angegeben.In Examples 1 to 3 7 the hydrocarbons were off the oil shale samples given in Table I below Using the method described above, obtained in batches. These attempts were made in a 300 ml Hastelloy alloy C Magne-Drive autoclave. The experimental conditions and the results obtained for these examples are given in Tables II and III below.
In diesen Beispielen wurden die flüssigen Kohlenwasserstoffprodukte entweder als Öle oder als Bitumina klassifiziert, abhängig davon, ob oder ob keine flüssigen Produkte aus dem Autoklaven und beim Entspannen bei der verwendeten Versuchstemperatur abdestilliert werden konnten. Öle sind solche flüssigen Produkte, die bei der Versuchstemperatur durch Entspannung abdestillieren, während Bitumina flüssige Produkte sind, die in dem Autoklaven verbleiben. Die Ölfraktionen besitzen Dichten im Bereich von ungefähr 0,92 bis ungefähr 0,94 g pro ml und API-spezifische Gewichte im Bereich von ungefähr 19 API bis ungefähr 23 API. Die Bitumenfraktionen besitzen Dichten von ungefähr 1,01 g pro ml und API-spezifische Gewichte'von ungefähr Die Ölschieferprobe A enthält 0,7 Gewichts-% Schwefel und 1,7 Gewichts-% Stickstoff.In these examples the liquid hydrocarbon products classified as either oils or bitumens, depending whether or not there are no liquid products from the autoclave and when releasing the pressure at the test temperature used could be distilled off. Oils are such liquid products that distill off by relaxation at the test temperature, while bitumens are liquid products that remain in the autoclave. The oil fractions have densities im Range from about 0.92 to about 0.94 g per ml and API specific weights in the range from about 19 API to about 23 API. The bitumen fractions have densities of approximately 1.01 g per ml and API-specific weights of approximately Oil shale sample A contains 0.7% by weight sulfur and 1.7% by weight nitrogen.
probeOil shale
sample
Teilchengröße1)
Particle size
verlust während
der CalcinierunqPercent weight
loss during
the calcination
1) mm (mesh), sofern nicht anders angegeben.1) mm (mesh), unless otherwise stated.
2) Durchmesser in cm (inch).2) Diameter in cm (inch).
£09350/0705£ 09350/0705
probe ι) slate
sample ι)
oc (oF) Reaction temp .
o c ( o F )
tions
zeit 3)Reak
ions
time 3)
druck d)
atü (psig) Argon-,,
pressure d)
atü (psig)
gefügtem
Wasser Amount of
added
water
spielat
game
druck 2)
atü (psiq)Reaction
pressure 2)
atü (psiq)
zu- Schiefer-zü-
. Wasser-Gew.-
4J Verhältnisi
to- slate-to-
. Water weight
4J relationship
0,56 ^ Iv
0.56 ^
•60
•
• NJ 0.56
• NJ
COCO
Tabelle II (Portsetzung) Table II (porting)
spielat
game
probe 1/slate
sample 1 /
temperatur
0C (0F)Reaction
temperature
0 C ( 0 F)
tions
zeit 3)Reak
ions
time 3)
druck 2>
atü (psiq)Reaction
pressure 2 >
atü (psiq)
druck 2>
atü (psiq)Argon-
pressure 2 >
atü (psiq)
(752)(752)
(752)
(4200)(4100)
(4200)
(250)(250)
(250)
οco
ο
1716
17th
CC *
C.
400400
400
11
1
295288
295
17,617.6
17.6
O «Ο - :
O
gefügtem
Wasser 4^ Amount of too
added
Water 4 ^
Wasser-Gew*-
VerhältnisCrooked he-to-
Water weight * -
relationship
9090
90
0,56 £0.56.
£ 0.56
0,56 αϊ
ro
I NJ ro
0.56 αϊ
ro
I NJ
Tabelle II (Fortsetzung) Table II (continued)
spiel' At
game
probe 1)slate
sample 1)
temperatur
0C (Op)Reaction
temperature
0 C (Op)
tions-.
zeit i} React
tion.
time i}
onsdruck "
atü (psig)Reactive
onsdruck "
atü (psig)
druck 2)
atü (psig)argon
pressure 2)
atü (psig)
gefügtem
Wasser 4'Amount of too
added
Water 4 '
Wasser-Gevu-
VerhältnisSlate-to-
Water gevu-
relationship
(752)(716)
(752)
(3900)(3500)
(3900)
(250)(250)
(250)
2928
29
C'B
C.
400380
400
13 6)2
13 6)
274246
274
17,617.6
17.6
6090
60
10.56
1
■*·«»■ * · «»
(752)(752)
(752)
(3950)(3700)
(3950)
(250)(250)
(250)
OO
cncn
32.31
32
BC.
B.
400400
400
13 6)3 6)
13 6)
278260
278
17,6-17.6
17.6-
6060
60
11
1
rr
I1
I.
Tabelle II (Fortsetzung) Table II (continued)
D Die Proben entsprechen den in Tabelle I angegebenen Buchstaben.D The samples correspond to the letters given in Table I.
2) atü (psig)2) atü (psig)
3) Stunden, wenn nicht anders angegeben.
cn3) hours, unless otherwise stated.
cn
α 4) gα 4) g
cn 5) Dieser Versuch wurde durchgeführt, wobei man als festes Substrat den Rück- cn 5) This experiment was carried out using the back
° stand im Autoklaven verwendete, der nach dem Entspannen des Gases, Wassers ( ° was in the autoclave used, which after releasing the gas, water (
es und Ölproduktes vom Versuch in Beispiel 5 zurückblieb. r\jit and oil product from the experiment in Example 5 remained. r \ j
°' 6) Minuten ι° '6) minutes ι
cn .cn.
7) Das Wasser enthielt zusätzlich 0,1 Gewichts-% lösliches RuCl3*1-3HpO und 0,6 Gewichts-% löslichen Natriumcarbonatkatalysator.7) The water also contained 0.1% by weight of soluble RuCl 3 * 1-3HpO and 0.6% by weight of soluble sodium carbonate catalyst.
8) Das Wasser enthielt zusätzlich 0,6 Gewichts-% löslichen Natriumcarbonat- ; katalysator.8) The water also contained 0.6% by weight of soluble sodium carbonate ; catalyst.
οen
ο
spielat
game
Produktzusammensetzunq a- *
Product composition a-
OO
an CD
OO
at
6ft 5 &
6ft
roro
>8th
>
II.
Tabelle III (Fortsetzung) Table III (continued)
spielgame
COCO
OOOO
O cn
O
cn O
cn
Tabelle III (Portsetzung)Table III (port setting)
spielat
game
Xm. \ nitrogen
Xm. \
to
CX) ο
to
CX)
Q crt
Q
; 1. ■
;
Tabelle III (Fortsetzung) Table III (continued)
a) Gewichts-% des Ölschiefer-Beschickungsmaterialsa)% by weight of the oil shale feedstock
b) Gewichts-% der besonderen Fraktion.b)% by weight of the particular fraction.
c) Gesamtgewicht der Beschickungsmaterialien Schiefer und Wasser und Katalysatoc) Total weight of feed materials shale and water and catalysis
d) nicht bestimmtd) not determined
cn und Katalysator, der als Produkt und Wasser wiedergewonnen wurdecn and catalyst recovered as product and water
o e) Der Versuch in Beispiel 6 wurde durchgeführt, wobei man als festes , o e) The experiment in Example 6 was carried out using the solid,
""*· Substrat den Rückstand in dem Autoklaven nach dem Entspannen und Ab- i\>"" * · Substrate the residue in the autoclave after relaxing and ab- i \>
° .. co° .. co
-4"1.1 destillieren des Gases, Wassers und Olproduktes von dem Versuch in .-4 " 1. 1 distill the gas, water and oil product from the experiment in.
^n Beispiel 5 verwendete. Die Produkte der Beispiele 5 und 6 wurden^ n Example 5 used. The products of Examples 5 and 6 were
kombiniert.combined.
f) Die Gase wurden nicht getrennt.f) The gases were not separated.
g) Die Gaswerte sind wegen undichter Stellen unbestimmt.g) The gas values are indeterminate due to leaks.
NJNJ
enen
1) Die Proben entsprechen den Buchstaben, wie sie in Tabelle I aufgeführt sind.1) The samples correspond to the letters listed in Table I.
2) Gewichts-% der Fraktion.2)% by weight of the fraction.
3) Die vereinigten Bitumen-Fraktionen der Beispiele 7 bis 11. . '3) The combined bitumen fractions of Examples 7 to 11.. '
4) Die vereinigten Öl- und Bitumen-Fraktionen der Beispiele 7 bis 114) The combined oil and bitumen fractions of Examples 7-11
5) Bestimmte Kombination der Zusammensetzung der Elemente, die man individuell in den Öl- und Bitumen-Fraktionen feststellte. .5) Certain combination of the composition of the elements that one individually in found the oil and bitumen fractions. .
6) Publiziert von M.T. Atwood, Chemtech, Oktober 1973, Seiten 617 bis 621.6) Published by M.T. Atwood, Chemtech, October 1973, pages 617-621.
Die Verwendung eines Katalysators in Beispiel 36 bewirkt eine wesentliche Erhöhung in der Menge an gebildeter Ölfraktion relativ zu der Menge der gebildeten Bitumenfraktion und eine Abnahme im Schwefelgehalt der Produkte. Die Verwendung eines Katalysators in Beispiel 37 verursacht ebenfalls eine wesentliche Erhöhung in der Menge der gebildeten Ölfraktion relativ zu der Menge an gebildeter Bitumenfraktion.The use of a catalyst in Example 36 causes a substantial increase in the amount of oil fraction formed, relative to the amount of bitumen fraction formed and a decrease in the sulfur content of the products. The use of a catalyst in Example 37 also causes a substantial increase in the amount of the oil fraction formed relatively to the amount of bitumen fraction formed.
Die Ergebnisse der Elementaranalyse verschiedener Proben aus Öl- und Bitumen-Fraktionen, die man in verschiedenen dieser Beispiele erhält, und ebenfalls von Ölschiefer, der als Beschickung smaterial verwendet wird, und Ölkerdgenprodukt, das man erhält unter thermischer Destillation, werden von M.T. Atwood in Chemtech, Oktober 19 73, Seiten 617 bis 621 angegeben. Diese Werte sind in Tabelle IV aufgeführt. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Elementaranalysen der Öle aus unterschiedlichen Ölschiefern recht ähnlich sind. Die bestimmten vereinigten Ergebnisse der Öl- und Bitumen-Fraktionen der Beispiele 7 bis 11, die man erhält, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, zeigen, daß diese vereinigten Fraktionen einen ähnlichen Stickstoffgehalt, aber einen niedrigeren Schwefelgehalt besitzen als das Öl, das man bei der thermischen Destillation erhält. Das h/C-Atomverhältnis für die Öle, die man unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahr rens erhält, ist ähnlich wie die H/c-Atomverhältnisse für die Öle, die man beim thermischen Destillieren erhält. Jedoch ist das H/C-Atomverhältnis für die vereinigten Öl- und Bitumen-Fraktionen,die man unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält, geringer als das für das Öl, d.h. die gesamten flüssigen Produkte, die man beim thermischen Destillieren erhält. Dies kann eine größere Gesamt-Flüssigkeits-Ausbeute bedeuten, die man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält, verglichen mit der thermolytischen Destillation.The results of the elemental analysis of various samples Oil and bitumen fractions obtained in several of these examples and also from oil shale used as the feed smaterial is used, and oil kerf product that obtained under thermal distillation, M.T. Atwood in Chemtech, Oct. 1973, pages 617-621. These values are listed in Table IV. These results show that the elemental analyzes of the oils from different Oil shales are quite similar. The determined combined results of the oil and bitumen fractions of the examples 7-11, obtained using the process of the invention, show that these pooled fractions have a similar nitrogen content, but a lower sulfur content than the oil that is used in the thermal Receives distillation. The h / C atomic ratio for the Oils obtained using the inventive method are similar to the H / c atomic ratios for the oils obtained from thermal distillation. However, the H / C atomic ratio for the combined oil and Bitumen fractions obtained using the inventive This process receives less than that for the oil, i.e. the total liquid products that are obtained from thermal distillation receives. This can mean a greater overall liquid yield, which is obtained in the process according to the invention obtained compared to thermolytic distillation.
Die Eigenschaften der vereinigten Ölfraktionen, die man in den Beispielen 7 bis 11 erhält, werden bestimmt, und die Ergebnisse sind in Tabelle V aufgeführt zusammen mit den vergleichbaren in der Literatur beschriebenen Ergebnissen fürThe properties of the combined oil fractions that can be found in Examples 7-11 are determined and the results are shown in Table V along with the comparable ones results described in the literature for
509850/0705509850/0705
Ölfraktionen, die man aus Ölschiefer durch thermische Destillation und Gasverbrennungsdestillation erhält. Der Olefingehalt der Ölfraktion, die bis zu 2O7°C (4O5°F) siedet und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, unterscheidet sich von dem Olefingehalt der Ölfraktionen, die bis zu . 2O7°C (4050F) sieden, die man bei dem Gasverbrennungsdestillationsverfahren und beim thermischen Destillieren erhält. Der Olefingehalt dieser Fraktion, die man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält, beträgt ungefähr die Hälfte von dem, den man bei der entsprechenden Fraktion bei den thermischen und Gasverbrennungsdestillationsverfahren erhält. Obgleich Olefine die Hauptptodukte in den siedenden Fraktionen sind, die man bei der thermischen oder Gasverbrennungsdestillation von Kohlenwasserstoffen erhält, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Öle mit reduziertem Olefingehalt erhalten. Dies zeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasserstoff in situ gebildet wird und daß dieser Wasserstoff mindestens teilweise bei der Hydrierung der gewonnen Olefine verbraucht wird.Oil fractions obtained from oil shale by thermal distillation and gas combustion distillation. The olefin content of the oil fraction which boils up to 2O7 ° C (405 ° F) and which is obtained by the process of the invention differs from the olefin content of the oil fractions which are up to. 207 ° C (405 0 F) boil obtained from the gas combustion distillation process and thermal distillation. The olefin content of this fraction obtained in the process of the invention is approximately half that obtained in the corresponding fraction in the thermal and gas combustion distillation processes. Although olefins are the main products in the boiling fractions obtained from thermal or gas combustion distillation of hydrocarbons, oils with reduced olefin content are obtained in the process of the invention. This shows that hydrogen is formed in situ in the process according to the invention and that this hydrogen is at least partially consumed in the hydrogenation of the olefins obtained.
6098SO/0706098SO / 070
.Tabelle V.Table V
Thermische Gasverbren-Erfindungs- Destilla- nungsdestil. gem.Verfahren tion ^ ' !ation ^) Thermal gas burning invention distillation style. according to procedure ^ ' ! ation ^)
Bitumenfraktion 38Bitumen fraction 38
Ölfraktion 62Oil fraction 62
.Säure in den Komponenten 3.Acid in the components 3
Base in den Komponenten 14Base in components 14
neutrales Öl 45neutral oil 45
3 83 8
bis 2O7°C (4050F)up to 2O7 ° C (405 0 F)
1515th
20,03
31,'s3 20.0 3
31, 's 3
35,53
24,03
4O1S3 35.5 3
24.0 3
4O 1 S 3
6 ■
236 ■
23
273 27 3
483 48 3
253 25 3
Paraffine undParaffins and
NaphtheneNaphthenes
OlefineOlefins
aromatische Verbdgn.aromatic conn.
'2O7-316°C (4O5-6OO°F)'2O7-316 ° C (4O5-6OO ° F)
Paraffine und
Naphthene
' Olefine
aromat.VerbindungenParaffins and
Naphthenes
'Olefins
aromatic compounds
316-371°C (600-70O0F) Rückstand [über 371°C316-371 ° C (600-70O 0 F) residue [above 371 ° C
(3710F)] ·-■_-.-. "(371 0 F)] · - ■ _-.-. "
Bemerkungen . · Remarks . ·
1) Gewichts-% an flüssigen Produkten, sofern nicht anders angegeben.1)% by weight of liquid products, unless otherwise stated.
2) Die Ergebnisse werden von G.O. Dinneen, R.A. Van Meter, J.R. Smith, C.W. Bailey, G.L. Cook, CS. Allbright und J.S. Ball in Bulletin 593, U.S. Bureau of Mines, 1961 beschrieben.2) The results are reported by G.O. Dinneen, R.A. Van meter, J.R. Smith, C.W. Bailey, G.L. Cook, CS. Allbright and J.S. Ball in Bulletin 593, U.S. Bureau of Mines, 1961.
3) Volumen-% der Fraktion mit einem besonderen Siedepunkt.3) Volume% of the fraction with a particular boiling point.
50985G/070550985G / 0705
Es wurde gefunden, daß ein gewisser Zusammenhang zwischen dem volumetrisehen Gehalt an Kohlenwasserstoffen in den Ölschieferproben und dem Gewichtsgehalt an Kohlenwasserstoffen in solchen Proben mit dem Gewichtsverlust solcher Proben während der Calcinierung in Luft bei 5380C(IOOO0F) während 30 Minuten besteht. Sowohl der volumetrische als auch die Gewichtsgehalte der Kohlenwasserstoffe werden nach dem Fischer-Verfahren bestimmt, das von L. Goodfellow, CF. Haberman und M.T. Atwood als "Modifiziertes Fischer-Verfahren", Division of Petroleum Chemistry, Abstracts, Seite F. 86, American Chemical Society, San Francisco Meeting, 2. bis 5. April 1968, beschrieben wird. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 1 dargestellt.It has been found that a certain relationship between the volumetrisehen content of hydrocarbons in the oil shale sample and the weight content of hydrocarbons in such samples with the weight loss of such samples during the calcination in air at 538 0 C (IOOO 0 F) is for 30 minutes. Both the volumetric and weight contents of the hydrocarbons are determined by the Fischer method described by L. Goodfellow, CF. Haberman and MT Atwood as "Modified Fischer Procedure", Division of Petroleum Chemistry, Abstracts, p. F.86, American Chemical Society, San Francisco Meeting, April 2-5, 1968. This relationship is shown in FIG. 1.
Unter Verwendung dieses Zusammenhangs wird die erwartete Ausbeute an Kohlenwasserstoffen aus den verwendeten Ölschieferproben geschätzt, um die tatsächliche Ausbeute an Kohlenwasserstoffen mit der erwarteten möglichen Gesamtausbeute an Kohlenwasserstoffen aus verwendeten Ölschieferprobe zu vergleichen. Der Gewichtsverlust während der Calcinierung der Ölschieferproben und der Zusammenhang, der in Fig. 1 dargestellt ist, zeigt, daß die verwendeten Ölschieferproben flüssige Produkte im Bereich von ungefähr 14 bis 22 Gewichts-%, bezogen auf das als Ausgangsmaterial verwendete Ölschieferprodukt, ergeben.Using this relationship, the expected yield of hydrocarbons from the oil shale samples used is calculated estimated to be the actual hydrocarbon yield with the expected total possible hydrocarbon yield from the oil shale sample used. The weight loss during the calcination of the oil shale samples and the relationship shown in Fig. 1, shows that the oil shale samples used had liquid products in the range of approximately 14 to 22% by weight based on the oil shale product used as a raw material.
Der tatsächliche Gewichtsverlust während der Calcinierung der Ölschieferprobe A, die erwartete Ausbeute an Kohlenwasserstoffen bei dieser" Ölschieferprobe und die tatsächlichen Ausbeuten an Öl, Bitumen und Gasprodukten (Kohlendioxyd und C- bis Co-Kohlenwasserstoffe), die bei 2-stündigen ansatzweise arbeitenden Versuchen des Ölschiefers der Probe A bei verschiedenen Temperaturen erhalten wurden, sind in Fig. 2 angegeben. Diese Versuche wurden unter Verwendung'von Schiefer-Wasser-Gewichtsverhältnissen von 0,56 oder 1 durchgeführt. Wenn das Verhältnis 0,56 betrug, wurden 90 g Wasser eingefüllt. Wenn das Verhältnis 1 betrug, wurden 60 g Wasser eingefüllt. Der Druck lag im Bereich zwischen 179 atü und 295 atü (2550 und 4200 psig). Die in Fig. 2 dargestellten Werte wurden aus den in Tabelle III erhaltenen Ergebnissen genommen. Die Flüssigkeitsselektivität,The actual weight loss during the calcination of Oil Shale Sample A, the expected hydrocarbon yield with this "oil shale sample and the actual yields of oil, bitumen and gas products (carbon dioxide and C to Co hydrocarbons), the 2-hour batch tests of the oil shale of sample A at various Temperatures obtained are indicated in FIG. These experiments were carried out using slate-water weight ratios of 0.56 or 1 performed. When the ratio was 0.56, 90 g of water was charged. When the relationship 1, 60 g of water was added. The pressure ranged between 179 atmospheres and 295 atmospheres (2550 and 4200 psig). the Values shown in Fig. 2 were taken from the results obtained in Table III. The liquid selectivity,
S098S0/0705S098S0 / 0705
das Verhältnis von gesamter Ausbeute an flüssigen Produkten zu dem Gewichtsverlust der Ölschieferprobe während der Calcinierung, beträgt für die Ölschieferprobe A bei 400°C (752°F) 0,67. Die Ölselektivität, das Verhältnis der Ausbeute an Öl zu der Gesamtausbeute an flüssigen Produkten, beträgt für die Ölschieferprobe A bei 400°C (752°F) 0,61.the ratio of the total yield of liquid products to the weight loss of the oil shale sample during calcination, for oil shale sample A at 400 ° C (752 ° F) is 0.67. The oil selectivity, the ratio of the yield of oil to the total yield of liquid products, for oil shale sample A at 400 ° C (752 ° F) is 0.61.
Die Ausbeute an gewonnenem Öl aus dem Ölschiefer hängt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stark von der Temperatur ab. Die Ausbeute an gesamtem flüssigen Produkt - Öl plus Bitumen ist bei Temperaturen über 401,5°C (7O5°F) grob konstant und fällt scharf bei Temperaturen unter 401,5°C (7O5°F). Bei Temperaturen über 401,5°C (7O5°F) beträgt die Gesamtausbeute an flüssigem Produkt die Menge, die, bestimmt nach dem Fischer-Versuch, gewinnbar ist, oder liegt etwas darüber. Obgleich im wesentlichen alle verfügbaren Kohlenwasserstoffe aus dem Ölschiefer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Temperatur von mindestens 401,5°C (7O5°F) entfernt werden, nimmt die Menge an leichteren Kohlenwasserstoff-Fraktionen, die gewonnen werden, kontinuierlich zu, wenn die Temperaturen über 401,5°C (7O5°F) erhöht werden. Dies geht aus Fig. 2 durch die scharfe Erhöhung in der Ölausbeute, wenn die Temperatur über 4O1,5°C (7050F) erhöht wird, hervor. Eine solche Erhöhung in der Ölausbeute und Abnahme in der Bitumenausbeute ist naheliegend, wenn eine Spaltung des Bitumens auftritt - entweder thermisch oder katalytisch durch die Anwesenheit von Katalysatoren, die inhärent in dem Ölschiefer vorhanden sind.The yield of oil obtained from the oil shale depends strongly on the temperature in the process according to the invention. The yield of total liquid product - oil plus bitumen, is roughly constant at temperatures above 401.5 ° C (705 ° F) and drops sharply at temperatures below 401.5 ° C (705 ° F). At temperatures above 401.5 ° C (705 ° F), the total yield of liquid product is the amount that can be recovered, as determined by the Fischer experiment, or is slightly higher. Although essentially all of the available hydrocarbons are removed from the oil shale by the process of the present invention at a temperature of at least 401.5 ° C (705 ° F), the amount of lighter hydrocarbon fractions that are recovered continuously increases as temperatures rise increased above 401.5 ° C (7O5 ° F). This is evident from Fig. 2 by the sharp increase in oil yield when the temperature is above 4O1,5 ° C (705 0 F) is increased forth. Such an increase in oil yield and a decrease in bitumen yield is obvious when cracking of the bitumen occurs - either thermally or catalytically by the presence of catalysts inherently present in the oil shale.
Ähnliche Ergebnisse, die in Tabelle VI aufgeführt sind, werden bei den Beispielen 1, 2, 15 und 26 bis 28 bei unterschiedlichen Kontaktzeiten und mit Ölschieferproben mit unterschiedlichen Teilchengrößen als sie verwendet wurden, um die Ergebnisse von Fig. 2 zu bestimmen, erhalten. Diese Ergebnisse zeigen, daß selbst bei einer Temperatur von 3710C (698°F) etwas unter der kritischen Temperatur von Wasser, die Flüssigkeitsund Öl-Selektivitäten wesentlich vermindert sind, verglichen mit den Werten, die man bei Temperaturen über der kritischen Temperatur von Wasser erhält.Similar results, shown in Table VI, are obtained for Examples 1, 2, 15 and 26-28 at different contact times and with oil shale samples of different particle sizes than were used to determine the results of FIG. These results show that even at a temperature of 371 0 C (698 ° F) some oil selectivities are significantly reduced below the critical temperature of water, the liquid and compared with the values obtained at temperatures above the critical temperature of water receives.
S098S0/07O5S098S0 / 07O5
ferprobe1 )Oil slide
test 1 )
keitsse
lektivitätFluid
keitsse
selectivity
selekti-
vitätOil-
selective
vity
BeispielValues of
example
temperatur
OC (6F)Reaction
temperature
OC ( 6 F)
onszeit
StundenReacti
on time
hours
1) Die Proben entsprechen den in Tabelle I angegebenen Buchstaben. 1) The samples correspond to the letters given in Table I.
6Q98S0/Q7Q56Q98S0 / Q7Q5
Die Ergebnisse, die man erhält, wenn man den Einfluß der Teilchengröße des ÖlschieferSubstrats auf die Geschwindigkeit der Gewinnung der Kohlenwasserstoffe aus Ölschiefer untersucht,sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die graphischen Darstellungen der Fig. 3 und 4 werden erhalten unter Verwendung der Ergebnisse von Tabelle III bei Versuchen, bei denen ein Schiefer-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis von 0,56 verwendet wird. Der Gewichtsverlust während der CaI-cinierung, die erwartete Ausbeute an Kohlenwasserstoffen von der Ölschieferprobe und die gemessene Ausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten - alle sind in Gewichts-%, bezogen auf das Ölschiefer-Beschickungsmaterial, ausgedrückt sind in Fig. 3 als Funktion der Kontaktzeit und des Bereiches der Teilchengrößen des Ölschiefer-Beschickungsmaterials angegeben. Im allgemeinen werden bei Ölschiefer-Beschickungsmaterial mit einer Teilchengröße von ungefähr 0,6 cm (l/4 inch) Durchmesser oder weniger mehr als 9Ö Gewichts-% des Kohlenstoffgehaltes des Ölschiefer-Beschickungsmaterials in weniger als 1/2 Stunde gewonnen. Wenn das Ölschiefer-Beschickungsmaterial eine Teilchengröße besitzt, die gleich oder kleiner als 2,38 mm (8 mesh) ist, ist die Ausbeute an gesamten flüssigen Produkten größer nach einer Kontaktzeit von l/2 Stunde als nach einer Kontaktzeit von 2 Stunden und überschreitet die erwartete Ausbeute an Kohlenwasserstoffen aus dem Ölschiefer. Bei einem solchen Beschickungsmaterial entspricht der Abfall der Gesamtausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten mit steigender Kontaktzeit der erhöhten Umwandlung der flüssigen Produkte zu trockenem Gas, beispielsweise durch Spaltung der flüssigen Produkte. Die Spaltung wird eben durch die graphische Darstellung in Fig. 4 gezeigt, wo die Ölselektivität als Funktion der Kontaktzeit und des Bereiches der Teilchengrößen der Ölschiefer-Beschickung dargestellt ist.The results obtained by using the influence of the Particle size of the oil shale substrate on the speed The extraction of hydrocarbons from oil shale investigated are shown in FIGS. 3 and 4. The graphic Representations of Figures 3 and 4 are obtained using the results of Table III in experiments where a slate-to-water weight ratio of 0.56 is used. The weight loss during CaI-cinierung, the expected hydrocarbon yield from the oil shale sample and the measured liquid yield Hydrocarbon Products - all are in percent by weight on the oil shale feedstock, are expressed in Figure 3 as a function of contact time and area the particle sizes of the oil shale feedstock. In general, oil shale feedstock having a particle size of about 0.6 cm (1/4 inch) Diameter or less than 90% by weight of the carbon content of the oil shale feedstock in less won than 1/2 hour. When the oil shale feedstock has a particle size equal to or less than 2.38 mm (8 mesh), the yield is total liquid Products greater after a contact time of 1/2 hour than after a contact time of 2 hours and exceeds the expected yield of hydrocarbons from the oil shale. With such a feed material corresponds the decrease in the overall yield of liquid hydrocarbon products with increasing contact time of increased conversion the liquid products to dry gas, for example by splitting the liquid products. The split will just go through the graph shown in Fig. 4, where the oil selectivity as a function of the contact time and the area of the Particle sizes of the oil shale feed is shown.
Wenn das Ölschiefer-Beschickungsmaterial eine Teilchengröße im Bereich von 0,6 bis 0,3 cm (l/4 bis 1/8 inch) hat, ist die Gewinnungsrate niedrig genug, so daß die Gesamtausbeute an flüssigen Produkten nach einer Kontaktzeit von l/2 Stunde weniger ist als die Gesamtausbeute an flüssigen ProduktenWhen the oil shale feedstock has a particle size in the range of 0.6 to 0.3 cm (1/4 to 1/8 of an inch), the recovery rate is low enough that the overall yield of liquid products after a contact time of 1/2 hour is less than the total yield of liquid products
509850/070 5509850/070 5
nach einer Kohtaktzeit von 2 Stunden. Dies geht aus Fig. 3 hervor. Obgleich hierfür keine Theorie vorgeschlagen ist, wird, wenn das Ölschiefer-Beschickungsmaterial aus gröberen Materialien mit größerer Teilchengröße besteht, das Verhältnis von Oberflächenbereich zu Teilchenvolumen für solche Materialien niedriger sein als bei feineren Materialien, und die Diffusion von Wasser in die gröberen Ölschieferteilchen* und die Auflösungsgeschwindigkeit der anorganischen Matrix in dem superkritischen Wasser kann abnehmen, und somit kann die Gewinnungsrate erniedrigt werden.after a contact time of 2 hours. This is evident from FIG. 3 emerged. Although no theory is suggested, if the oil shale feedstock is made from coarser Larger particle size materials exist, the ratio of surface area to particle volume for such materials lower than with finer materials, and the diffusion of water into the coarser oil shale particles * and the rate of dissolution of the inorganic matrix in the supercritical water may decrease, and thus may the recovery rate can be decreased.
Es gibt Anzeichen dafür, daß die wirksame Gewinnung von Flüssigkeiten aus Ölschiefer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Partialauflösung der anorganischen Matrix des Ölschiefersubstrats bewirkt. Nach der vollständigen Gewinnung der Flüssigkeiten aus dem Ölschiefer-Beschickungsmaterial mit Teilchengrößen im Bereich von 0,6 bis 0,177 mm (I/4 inch bis 80 mesh) werden die verbrauchten Ölschieferfeststoffe gewonnen, und sie besitzen eine wesentlich kleinere Teilchengröße, im allgemeinen weniger als 0,149 mm (100 mesh). Weiterhin nimmt das Schüttgewicht von ungefähr 2,1 g pro ml des Beschxckungsmaterials bis auf ungefähr 1,1 g pro ml für die verbrauchten Feststoffe ab. Wenn andererseits die Flüssigkeiten nicht vollständig aus dem Ölschiefer-Beschickungsmaterial gewonnen werden, behalten die Ölschieferteilchen viel ihrer ursprünglichen Form bei. Beispielsweise treten geringe offensichtliche Änderungen bei Ölschiefer-Beschickungsmaterial auf, wenn nur die Hälfte des kohlenstoffhaltigen Materials daraus entfernt wird.There is evidence that the effective recovery of fluids from oil shale according to the invention Process a partial dissolution of the inorganic matrix of the oil shale substrate. After all fluids have been recovered from the oil shale feedstock with particle sizes ranging from 0.6 to 0.177 mm (1/4 inch to 80 mesh) the oil shale solids will be consumed obtained, and they have a much smaller particle size, generally less than 0.149 mm (100 mesh). Furthermore, the bulk density increases from approximately 2.1 g per ml of the loading material to approximately 1.1 g per ml for the solids consumed. On the other hand, if the fluids are not completely out of the oil shale feedstock are recovered, the oil shale particles retain much of their original shape. For example there are minor apparent changes in oil shale feedstock when only half of the carbonaceous material is removed from it.
Es gibt ein zusätzliches Anzeichen für die Zersetzung der anorganischen Matrix des Ölschiefersubstrats während der Gewinnung der flüssigen Kohlenwasserstoffe nacl· dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die hohe Ausbeute an Kohlendioxyd bei der Gewinnung der flüssigen Kohlenwasserstoffe aus Ölschiefer, selbst bei einer relativ niedrigen Temperatur von 349 C (66O0F), zeigt eine Zersetzung des anorganischen Carbonats in der Struktur des Ölschiefers an. Das ungefähre Massen-There is an additional indication of the decomposition of the inorganic matrix of the oil shale substrate during the recovery of the liquid hydrocarbons after the process according to the invention. The high yield of carbon dioxide in extracting the liquid hydrocarbons from oil shale, even at a relatively low temperature of 349 C (66O 0 F), indicates decomposition of the inorganic carbonate in the structure of the oil shale. The approximate mass
S098S0/0705S098S0 / 0705
gleichgewicht des Ölschiefer-Beschickungsmaterials und der vereinigten Produkte aus den Herstellungsverfahren der Beispiele 7 bis 11 der flüssigen Kohlenwasserstoffe aus -der Ölschief erprobe A zeigt, daß Kohlendioxyd aus anorganischem Carbonat gebildet wird, vergl. Tabelle VII.balance of the oil shale feedstock and the combined products from the manufacturing processes of the examples 7 to 11 of the liquid hydrocarbons from -the oil slope Test A shows that carbon dioxide is formed from inorganic carbonate, see Table VII.
Summetotal
100100
Gewonnene ProdukteRecovered products
Trockenes Gas
Öl und Bitumen
Kohlenidoxyd
KerogenkoksDry gas
Oil and bitumen
Carbon oxide
Kerogen coke
Mit Säure titrierbares anorganisches CarbonatInorganic carbonate that can be titrated with acid
Anorganischer Feststoff, ausschließlich mit Säure titrierbares anorganisches CarbonatInorganic solid, only inorganic that can be titrated with acid Carbonate
Summetotal
OBIF
23 7 423 7 4
15 5015 50
100100
6098 SO/07056098 SO / 0705
Die Beziehungen, durch die die Produkte bezeichnet werden, werden im folgenden angegeben. Die Gesamtmenge, SQ, des Ölschiefer-Beschickung smaterialε, ausschließlich des eingeschlossenen Wassers, wird folgendermaßen angegeben:The relationships by which the products are denoted are given below. The total amount, S Q , of the oil shale feed smaterialε, excluding the trapped water, is given as follows:
S0 - s + ic + kc,S 0 - s + i c + k c ,
worin die verwendeten Symbole in Tabelle VII defimiert sind.where the symbols used are defined in Table VII.
Wenn das Ölschiefer-Beschickungsmaterial mit Säure titriert wird, wird die Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat, die ursprünglich vorhanden ist, I„, in dem Ölschiefer-Beschickungsmaterial bestimmt, und somit kann die Beziehung zwischen der gemessenen Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat, das anfänglich vorhanden ist, und der gemessenen Gesamtmenge an Ölschiefer-Beschickungsmaterial ausgedrückt werden. Diese Beziehung für das Ölschiefermaterial der Probe A beträgt:When the oil shale feedstock is titrating with acid becomes, the amount of acid titratable inorganic carbonate originally present becomes I "in the oil shale feedstock determined, and thus the relationship between the measured amount of acid titratable inorganic carbonate initially present and the total measured amount of oil shale feedstock will. This relationship for the oil shale material of Sample A is:
Ic = 0,187 S0 I c = 0.187 S 0
Wenn das Ölschiefer-Beschickungsmaterial in Luft 30 Minuten bei 538°C (10000F) calciniert wird, wird alles organische Material abgegeben, und das bestimmte Gewicht des gesamten anorganischen Materials kann als Gesamtmenge von Ölschiefer-Beschickungsmaterial folgendermaßen ausgedrückt werden:If the oil shale feed material is calcined in air for 30 minutes at 538 ° C (1000 0 F), all organic material is discharged, and the specific weight of the entire inorganic material can be expressed as the total amount of oil shale feed material as follows:
S + Ic = 0,678 S0 S + I c = 0.678 S 0
Aus den beiden letzten Gleichungen kann S berechnet werden. Es beträgt O,491 SQ.From the last two equations, S can be calculated. It is 0.491 S Q.
Die festen Produkte, die man bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus dem Ölschiefer-Beschickungsmaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält, werden folgendermaßen angegeben: The solid products that are found in the extraction of hydrocarbons obtained from the oil shale feed material by the process of the invention are given as follows:
S + xlc + yKc = 0,686 SQ,S + xl c + yK c = 0.686 S Q ,
S098S0/070SS098S0 / 070S
worin die verwendeten Symbole in Tabelle VII definiert sind. Die bei diesem Versuch verwendeten Bedingungen sind eine Temperatur von 400°C (752°F), ein Druck von ungefähr 281 atü (4000 psig), eine Zeit von 2 Stunden, eine Zugabe von Wasser von 60 g und ein Schiefer-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis von 1,0«wherein the symbols used are defined in Table VII. The conditions used in this experiment are temperature of 400 ° C (752 ° F), a pressure of about 281 atmospheres (4000 psig), a time of 2 hours, an addition of water of 60 g and a slate-to-water weight ratio of 1.0 «
Wenn der verbrauchte feste Ölschieferrückstand mit Säure titriert wird, kann die Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat, die in dem verbrauchten Feststoff nach dem Versuch vorhanden ist, bestimmt werden, und die Beziehung zwischen der gemessenen Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat, das nach der Entfernung der Kohlenwasserstoffe vorhanden ist, xlc, und der gemessenen Gesaratmenge an Ölschiefer kann folgendermaßen ausgedrückt werden:When the spent solid oil shale residue is titrated with acid, the amount of acid-titratable inorganic carbonate present in the spent solid after the experiment and the relationship between the measured amount of acid-titratable inorganic carbonate after the experiment can be determined the removal of hydrocarbons is present, xl c , and the measured total amount of oil shale can be expressed as follows:
xlc = 0,147 S0,xl c = 0.147 S 0 ,
worin χ der Teil der Menge, der ursprünglich vorhanden ist, bedeutet und Ic der Teil, der noch verbleibt.where χ denotes the part of the amount which is originally present and I c denotes the part which still remains.
Wenn der verbrauchte Ölschieferfeststoff in Luft 30 Minuten bei 538°C (1000°F) calciniert wird, werden alle organischen Materialien herausgetrieben, und das bestimmte Gewicht der gesamten organischen Materialien, das nach der Entfernung der Kohlenwasserstoffe verbleibt, kann, bezogen auf die Gesamtmenge des Ölschiefers, folgendermaßen ausgedrückt werden:When the spent oil shale solid in air 30 minutes is calcined at 538 ° C (1000 ° F), all organic materials are driven out, and the determined weight of the total organic materials remaining after removal of the hydrocarbons, based on the total amount of the oil shale, can be expressed as follows:
S + xlc = 0,643 S0 S + xl c = 0.643 S 0
Aus den letzten beiden Gleichungen wird S berechnet. Es beträgt 0,496 SQ. Dieser Wert entspricht eng dem Wert von S, wie er aus den analytischen Eigenschaften des Ölschiefer-Beschickungsmaterials berechnet wird.From the last two equations, S is calculated. It is 0.496 S Q. This value closely corresponds to the value of S as calculated from the analytical properties of the oil shale feedstock.
Ein sehr wesentliches Ergebnis der analytischen Charakterisierung, das in Tabelle VII aufgeführt ist, ist, daß die Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat in dem festen verbrauchten Ölschiefer wesentlich niedriger ist alsA very important result of the analytical characterization, that is listed in Table VII is that the amount of acid titratable inorganic carbonate in the solid used oil shale is much lower than
S0985 0/Ö7Q5S0985 0 / Ö7Q5
die Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat in dem Ölschiefer-Beschickungsmaterial und daß der Unterschied zwischen diesen Mengen zwischen 50 bis 60 Gewichts-% des gebildeten gasförmigen Kohlendioxyds entspricht. Das Kohlendioxyd, das aus dem Kerogen in dem Ölschiefer-Beschikkungsmaterial entstammt, könnte einem Teil des Restes ent- · sprechen. Im allgemeinen kann das anorganische Carbonat in der Struktur des Ölschiefers die thermische Behandlung überstehen, wenn die Temperatur nicht höher als 538°C (1000°F) ist. Die thermische oder Gasverbrennungsdestillation vermindert somit üblicherweise nicht die Menge an mit Säure titrierbarem anorganischen Carbonat. Andererseits wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge an mit Säure titrier— barem anorganischen Carbonat in der Struktur des Ölschiefers vermindert.the amount of acid-titratable inorganic carbonate in the oil shale feedstock and that the difference between these amounts corresponds to between 50 to 60% by weight of the gaseous carbon dioxide formed. That Carbon dioxide from the kerogen in the oil shale feedstock originates from, could correspond to part of the rest. In general, the inorganic carbonate in The structure of the oil shale can withstand thermal treatment if the temperature does not exceed 538 ° C (1000 ° F) is. The thermal or gas combustion distillation thus usually does not reduce the amount of acid titratable inorganic carbonate. On the other hand, in the method according to the invention, the amount of acid is titrated. Inorganic carbonate in the structure of the oil shale is reduced.
Die Ergebnisse von 2-stündigen ansatzweise arbeitenden Versuchen bei 400°C (752°F) sind in Tabelle VIII angegeben, und sie zeigen die Wirkung des Gewichtsverhältnisses von Ölschiefer-Beschickung zu Lösungsmittel auf die Gesamtausbeute an flüssigen Produkten und auf die Ölselektiv!tat. Die Gewinnung ist bei den verwendeten Bedingungen vollständig, wenn dras Gewichtsverhältnis von Ölschiefer-Beschickungsmaterial zu Lösungsmittel im Bereich von ungefähr 1:1 bis ungefähr 1:2 liegt. Ein Gewichtsverhältnis in diesem Bereich erlaubt ebenfalls den Übergang des fluiden Materials und die Kompression der Ölschiefer-Beschickungs-Lösungsmittel-Mischung, so daß ein kontinuierliches Aufschlämmungs-Behandlungssystem möglich wird.The results of 2 hour batch runs at 400 ° C (752 ° F) are reported in Table VIII, and they show the effect of the weight ratio of oil shale charge to solvents on the total yield of liquid products and on the oil selective! The extraction is complete at the conditions used when the weight ratio of oil shale feedstock increases Solvent ranges from about 1: 1 to about 1: 2. A weight ratio in this range also allows the transition of the fluid material and the compression of the oil shale feed solvent mixture so that a continuous slurry treatment system is possible will.
6098S0/07056098S0 / 0705
•Η O, β W .Q-H• Η O, β W .Q-H
- 42 -- 42 -
schiefer
probe ^-' oil
slate
sample ^ - '
zu-Wasser-
Gewichts-
verhältnisOil shale
to water-
Weight
relationship
Gesamt-Koh-
lenwasser-
s toff ausbeuteExpected
Total carbon
spring water
s toff yield
auf
Mat. Weight
on
Mat.
das Beschick."
,gewonnen als-%, based
the loading. "
, won as
1) Die Proben entsprechen den in Tabelle I angegebenen Buchstaben. . "1) The samples correspond to those given in Table I. Letters. . "
S09B50/Ö705S09B50 / Ö705
Bei Beispiel 38 werden Kohlenwasserstoffe aus. Rohteersand unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ansatzweise gewonnen. Man verwendet folgende Bedingungen: eine Reaktionstemperatur von 400°C (752°F), eine Reaktionszeit von 2 Stunden, einen Reaktionsdruck von 288 atü (4100 psig) und einen Argondruck von 17,6 atü (250 psig). Das Beschickungsmaterial besteht aus 40 g Rohteersand in 90 g Wasser. Dieser Versuch wird in einem 300 tnl-Hastelloy-Legierungs C Magne-Drive-Autoklaven durchgeführt. Die Produkte, die man bei diesem Versuch gewinnt, sind Gas (Wasserstoff, Kohlendioxyd und Methan) und Öl in Mengen entsprechend 2 bzw.8 Gewichts-%, bezogen auf das Beschickungsmaterial. Das Öl besitzt ein API-spezifisches Gewicht von ungefähr 17,0 und Schwefel-, Nickel- und Vanadium-Gehalte von 2,7 Gewichts-% und 45 bzw. 30 ppm. Andererseits besitzt Teersandöl, das nach dem COFCAW-Verfahren gewonnen wird, ein API-spezifisches Gewicht von 12,2 und Schwefel-, Nickel- und Vanadium-Gehalte von 4,6 Gewichts-% und 74 bzw. 182 ppm. Somit ist die Qualität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Öls besser, verglichen mit dem Öl, das nach dem COFCAW-Verfahren hergestellt wurde.Example 38 turns off hydrocarbons. Raw tar sand obtained batchwise using the method according to the invention. The following conditions are used: a reaction temperature of 400 ° C (752 ° F), a reaction time of 2 hours, a reaction pressure of 288 atmospheres (4100 psig), and 17.6 atmospheres (250 psig) argon pressure. The feed material consists of 40 g of raw tar sand in 90 g of water. This The experiment is carried out in a 300 tnl Hastelloy alloy C Magne-Drive autoclave carried out. The products obtained from this experiment are gas (hydrogen, carbon dioxide and Methane) and oil in amounts corresponding to 2 and 8% by weight, based on the feed material. The oil is API-specific Weight of about 17.0 and sulfur, nickel and vanadium contents of 2.7% by weight and 45 and 30 ppm, respectively. On the other hand, tar sand oil has been produced by the COFCAW process is obtained, an API-specific weight of 12.2 and sulfur, nickel and vanadium contents of 4.6% by weight and 74 and 182 ppm, respectively. Thus, the quality of the according to the invention Process obtained oil better compared to the oil produced by the COFCAW process.
Die Ausbeuten an Gas, Öl, Bitumen und festen Produkten in diesem Beispiel betragen 2,5, 3,7, 3,4 und 86,5 Gewichts-%, bezogen auf das Teersand-Beschickungsmaterial. Dies bedeutet eine fast vollständige Gewinnung des Kohlenwasserstoffgehaltes des Teersand-Beschickungsmaterials. Die Gesamtmenge an Gas, Öl, Bitumen und festen Fraktionen und an Wasser, die gewonnen wird, beträgt 97,4 Gewichts-%, bezogen auf den Teersand und das Wasser, d.h. die Beschickungsmaterialien.The yields of gas, oil, bitumen and solid products in this example are 2.5, 3.7, 3.4 and 86.5% by weight, based on the tar sand feed material. This means that the hydrocarbon content is almost completely recovered of the tar sand feed material. The total amount of gas, oil, bitumen and solid fractions and of water that is 97.4% by weight based on the tar sand and the water, i.e. the feed materials.
Bei den Beispielen 39 bis 192 wird ansatzweise gearbeitet, und es werden verschiedene Arten von Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterialien unter erfindungsgemäßen Bedingungen umgesetzt. In diesen Beispielen wird erläutert, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wirksame Spaltung,. Entschwefelung und, sofern das kohlenstoffhaltige Material Öl-Examples 39-192 are run on a batch basis and use various types of hydrocarbon feedstocks under inventive conditions implemented. In these examples it is explained that an effective cleavage in the process according to the invention. Desulfurization and, if the carbonaceous material is oil
SOS 85 0/0705SOS 85 0/0705
schiefer- oder Teersand-Feststoff oder eine Kohlenwasserstoff-Fraktion ist, die Paraffine, Olefine, Olefin-Äquivalente oder Acetylene als solche oder als Substituenten an Ringverbindungen enthält, eine Demetallisierung und gegebenenfalls eine Hydrierung und Denitrifikation der Kohlenwasserstoffe stattfindet und daß daher die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Kohlenwasserstoffe aus den Ölschiefer-,Teersandoder Kohlefeststoffen gespalten, hydriert, entschwefelt, demetallisiert und vom Stickstoff befreit sind. Sofern nicht anders angegeben, wird in jedem Fall das folgende Verfahren durchgeführt. Das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial, das Wasser enthaltende fluide Material und die Komponenten des Katalysatorsystems, sofern vorhanden, werden bei Umgebungstemperatur in einen Hastelloy-Legierungs C Magne-Drive- oder Hastelloy-Legierungs B Magne-Drive-Autoklaven gegeben, in dem die Reaktionsmischung vermischt wird. Die Komponenten des Katalysatorsystems werden als gelöste Stoffe in dem fluiden Material, das Wasser enthält, oder als Feststoffe in Aufschlämmungen in dem fluiden Material, das Wasser enthält, zugefügt. Sofern nicht anders angegeben, wird ausreichend Wasser in jedem Beispiel zugefügt, so daß bei der verwendeten Reaktionstemperatur und bei dem verwendeten Reaktionsvolumen die Dichte des Wassers mindestens 0,1g pro ml beträgt.slate or tar sand solid or a hydrocarbon fraction is the paraffins, olefins, olefin equivalents or Contains acetylenes as such or as substituents on ring compounds, a demetallization and optionally a Hydrogenation and denitrification of the hydrocarbons takes place and that therefore the process according to the invention obtained hydrocarbons from the oil shale, tar sands or Carbon solids split, hydrogenated, desulphurised, demetallised and are cleared of nitrogen. Unless otherwise specified, the following procedure will be used in each case carried out. The hydrocarbon feedstock, the water-containing fluid material, and the components of the catalyst system, if present, are converted into a Hastelloy alloy C Magne-Drive- or Hastelloy alloy B Magne-Drive autoclave in which the reaction mixture is mixed. The components of the catalyst system are found as solutes in the fluid material that contains water or as solids in slurries in the fluid material containing water added. Unless otherwise stated, there is sufficient water in each Example added so that at the reaction temperature used and at the reaction volume used, the density of the water is at least 0.1 g per ml.
Der Autoklav wird mit Inertgas, nämlich Argon, gespült und dann geschlossen. Dieses Inertgas wird ebenfalls zugegeben, um den Reaktionsdruck zu erhöhen. Der Anteil des Argons zu dem Gesamtdruck bei Umgebungstemperatur wird als Argondruck bezeichnet.The autoclave is flushed with inert gas, namely argon, and then closed. This inert gas is also added, to increase the reaction pressure. The proportion of argon to the total pressure at ambient temperature is called the argon pressure designated.
Die Temperatur des Reaktionssystems wird dann auf den gewünschten Wert erhöht, und es bildet sich die Phase aus fluidem, dichtem Material, das Wasser enthält. Ungefähr 28 Minuten sind erforderlich, um den Autoklaven von Umgebungstemperatur 349°C (6600F) zu erwärmen. Ungefähr 6 weitere Minuten sind erforderlich, um die Temperatur von 349°C (66O°F) auf 371 C (700 F) zu erhöhen. Ungefähr weitere 6 Minuten sind dann erforderlich, um die Temperatur von 371°C (700°F) auf 399°CThe temperature of the reaction system is then increased to the desired value, and the phase of fluid, dense material which contains water is formed. About 28 minutes are required to heat the autoclave from the ambient temperature 349 ° C (660 0 F). It takes approximately 6 more minutes to increase the temperature from 349 ° C (66O ° F) to 371 C (700 F). It then takes approximately an additional 6 minutes to increase the temperature from 371 ° C (700 ° F) to 399 ° C
5098S0/07055098S0 / 0705
(750 F) zu erhöhen. Wenn die gewünschte Endtemperatur erreicht ist, wird die Temperatur konstant während der gewünsch-· ten Zeit gehalten. Diese konstante Endtemperatur und die Zeitdauer bis zu dieser Temperatur werden als Reaktionstemperatur und Reaktionszeit definiert. Während der Reaktionszeit steigt der Druck in dem Reaktionssystem, wenn die Umsetzung weiter fortschreitet. Der Druck zu Beginn der Reaktionszeit wird als Reaktionsdruck definiert.(750 F) to increase. When the desired final temperature is reached the temperature is kept constant for the desired time. This constant end temperature and the duration up to this temperature are called the reaction temperature and response time defined. During the reaction time, the pressure in the reaction system rises as the reaction continues progresses. The pressure at the beginning of the reaction time is defined as the reaction pressure.
Nach der gewünschten Reaktionszeit bei der gewünschten Reaktionstemperatur und dem gewünschten Druck wird die Phase aus dichtem fluiden Material, das Wasser enthält, entspannt, und unter Entspannung wird aus dem Reaktionsgefäß destilliert, wobei Gas, Wasser enthaltendes, fluides Material und "leichte" Enden entfernt werden und "schwere" Enden, Katalysator, sofern vorhanden, und andere Feststoffe in dem Reaktionsgefäß zurückbleiben. Die "leichten" Enden sind flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktionen, die bei oder unterhalb der Reaktionstemperatur sieden, und die "schweren" Enden sind Kohlenwasserstoff-Fraktionen, die über der Reaktionstemperatur sieden. After the desired reaction time at the desired reaction temperature and the phase of dense fluid material containing water is relaxed and at the desired pressure while the pressure is released, the reaction vessel is distilled, whereby gas, water-containing, fluid material and "light" Ends are removed and "heavy" ends, catalyst, if any, and other solids in the reaction vessel lag behind. The "light" ends are liquid hydrocarbon fractions, which boil at or below the reaction temperature, and the "heavy" ends are hydrocarbon fractions, which boil above the reaction temperature.
Das Gas, das Wasser enthaltende fluide Material und die leichten Enden werden in einem Druckkessel, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, aufgefangen. Das Gas wird durch Erwärmen des Druckkessels auf Zimmertemperatur entfernt und dann durch Massenspektroskopie, Gaschromatographie und Infrarotspektroskopie analysiert. Die Wasser enthaltende Phase und die leichten Enden werden dann aus dem Reaktionsgefäß mit komprimiertem Gas und gelegentlichem Erwärmen des Kessels herausgetrieben. Dann werden das Wasser enthaltende fluide Material und die leichten Enden durch Dekantieren getrennt. Alternativ kann dieses Trennverfahren bis zu einer späteren Stufe bei dem Verfahren verschoben werden. Gaschromatogramme der leichten Enden werden bestimmt.The gas, the water containing fluid material and the light ends are in a pressure vessel filled with liquid Nitrogen is cooled, collected. The gas is removed by heating the pressure vessel to room temperature and then analyzed by mass spectroscopy, gas chromatography and infrared spectroscopy. The containing water Phase and the light ends are then removed from the reaction vessel with compressed gas and occasional heating of the Kessel driven out. Then the fluid containing water and the light ends are decanted separated. Alternatively, this separation process can take up to one postponed to a later stage in the process. Gas chromatograms of the light ends are determined.
509850/0705509850/0705
Die schweren Enden und die Feststoffe, einschließlich des Katalysators, sofern vorhanden, werden aus dem Reaktionsgefäß mit Chloroform herausgewaschen, und die schweren Enden werden in diesem Lösungsmittel gelöst. Die Feststoffe, einschließlich des Katalysators, sofern vorhanden, werden dann aus der Lösung, die schweren Enden enthält, durch Filtration abgetrennt.The heavy ends and solids, including the catalyst, if present, are washed out of the reaction vessel with chloroform, and the heavy ends are dissolved in this solvent. The solids, including the catalyst, if any, will be then separated from the solution containing heavy ends by filtration.
Nach Abtrennung des Chloroforms von den schweren Enden durch Destillation werden die leichten Enden und die schweren Enden vermischt. Wenn das Wasser enthaltende fluide Material nicht von den leichten Enden abgetrennt wurde, dann wird es aus den vereinigten leichten und schweren Enden durch Zentrifugieren und Dekantieren abgetrennt. Die vereinigten leichten und schweren Enden werden auf ihren Nickel-, Vanadium- und Schwefel-Gehalt, Kohlenstoff-Wasserstoff-Atomverhältnis (c/h) analysiert, und das API-spezifische Gewicht wird gemessen. Das Wasser wird auf Nickel und Vanadium analysiert, und die Feststoffe werden auf Nickel, Vanadium und Schwefel analysiert. Röntgen-Fluoreszenz wurde verwendet, um Nickel, Vanadium und Schwefel fetzustellen.After the chloroform is separated from the heavy ends by distillation, the light ends and the heavy ends become mixed. If the water-containing fluid material has not been severed from the light ends, then it will separated from the combined light and heavy ends by centrifugation and decantation. The United Light and heavy ends are based on their nickel, vanadium and sulfur content, carbon-hydrogen atomic ratio (c / h) is analyzed and the API specific gravity is measured. The water is analyzed for nickel and vanadium, and the solids are analyzed for nickel, vanadium and sulfur. X-ray fluorescence was used to scrap nickel, vanadium and sulfur.
Die Beispiele 39 bis 41 erläutern, daß die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren nicht durch Schwefel enthaltende Verbindungen vergiftet werden. Drei Versuche wurden durchgeführt, jeder mit Kohlenmonoxyd in einer Menge von 27,6 atü (350 psig) in 90 ml Wasser in einem 240 ml-Magne-Dash-Autoklaven während einer Reaktionszeit von 4 Stunden. Lösliches Rutheniumtrichlorid in einer Menge von 0,1 g RuCl-J* 1-3HpO wurde als Katalysator bei diesen Beispielen verwendet. Zusätzlich enthielt in Beispiel 40 das Wasser 1 ml Thiophen. Die Reaktionsbedingungen und die Zusammensetzungen der Produkte bei jedem Versuch sind in Tabelle IX angegeben. Die Anwesenheit einer Schwefel enthaltenden Verbindung, Thiophen, verursachte keine Vergiftung des Katalysators oder Inhibierung der Wasser-Gas-Umlagerung.Examples 39 to 41 illustrate that the in the invention Process catalysts used are not poisoned by sulfur-containing compounds. Three attempts were performed each with carbon monoxide at 27.6 atmospheres (350 psig) in 90 ml of water in a 240 ml Magne-Dash autoclave during a reaction time of 4 hours. Soluble ruthenium trichloride in the amount of 0.1 g RuCl-J * 1-3HpO was used as the catalyst in these examples used. In addition, in Example 40, the water contained 1 ml of thiophene. The reaction conditions and the compositions the products in each experiment are given in Table IX. The presence of a sulfur-containing compound, Thiophene, did not poison the catalyst or inhibit water-gas rearrangement.
509850/0705509850/0705
Bei- Reaktions- Reaktions- ProduktzusammensetzungAt-reaction-reaction product composition
Nr.game
No.
O/- f Op ) temperature
O / - f Op )
atü (psig)pressure l J
atü (psig)
1) atü (psig)1) atü (psig)
2) Normalisierte Mol-% an Gas.2) Normalized mole percent of gas.
In Beispiel 42 wird erläutert, daß das Katalysatorsystem als Katalysator für die Hydrierung ungesättigter organischer Verbindungen wirkt. Wenn 15 g 1-Octen mit 30 g Wasser in einem 100 ml-Magne-Dash-Autoklaven während 7 Stunden bei einer Temperatur von 35O°C (662°F), bei einem Reaktionsdruck von 246 atü (3500 psig) und einem Argondruck von 56,2 atü (800 psig) in Anwesenheit von löslichem RuCl3*l-3HpO-Katalysator behandelt werden, so stellt man bei der Analyse der Produkte Kohlendioxyd, Wasserstoff, Methan, Octan, eis- und trans-2-Octen und Paraffine und Olefine, die 5, 6 und 7 Kohlenstoffatome enthalten, fest. Diese Produkte zeigen, daß ein wesentliches Spalten und eine Isomerisierung des Skeletts und eine Lokalisierung der Stellen der Unsättigung auftreten. Eine 40%-ige Ausbeute an Octan wird erhalten, wenn 15 g 1—Octen und 30 g Wasser in Anwesenheit von 0,1 g RuCl3'1-3H2O während 3 Stunden in dem gleichen Reaktor und bei der gleichen Temperatur, bei einem Reaktionsdruck von 174 atü (2480 psig) und einem Argondruck von 19,1 atü (200 psig) umgesetzt werden. Eine 75%-ige Ausbeute an Octan wird aus der Reaktionsmischung in dem gleichen Reaktor und bei den gleichen Bedingungen, jedoch nach eiber Reaktionszeit von 7 Stunden und bei einem Reaktionsdruck von 244 atü (34 70 psig) und einem Argondruck von 56,2 atü (800 psig) erhalten.Example 42 illustrates that the catalyst system acts as a catalyst for the hydrogenation of unsaturated organic compounds. When 15 g of 1-octene is mixed with 30 g of water in a 100 ml Magne-Dash autoclave for 7 hours at a temperature of 350 ° C (662 ° F), a reaction pressure of 246 atm (3500 psig) and an argon pressure of 56.2 atmospheres (800 psig) are treated in the presence of soluble RuCl 3 * l-3HpO catalyst, the analysis of the products provides carbon dioxide, hydrogen, methane, octane, cis- and trans-2-octene and paraffins and Olefins containing 5, 6 and 7 carbon atoms, solid. These products indicate that there is substantial skeletal cracking and isomerization and localization of the sites of unsaturation. A 40% yield of octane is obtained when 15 g of 1-octene and 30 g of water in the presence of 0.1 g of RuCl 3 '1-3H 2 O for 3 hours in the same reactor and at the same temperature a reaction pressure of 174 atmospheres (2480 psig) and an argon pressure of 19.1 atmospheres (200 psig). A 75% yield of octane is obtained from the reaction mixture in the same reactor and under the same conditions, but after a reaction time of 7 hours and at a reaction pressure of 244 atmospheres (34-70 psig) and an argon pressure of 56.2 atmospheres. 800 psig).
S098S0/Ö705 'S098S0 / Ö705 '
Die Beispiele 43 bis 44 betreffen Versuche, bei denen Schwefel enthaltende Verbindungen, beispielsweise Thiophen und Benzothiophen, zu Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxyd und elementarem Schwefel zersetzt werden. Diese Beispiele erläutern die Wirksamkeit des Katalysatorsystems bei der Katalyse der Entschwefelung von Schwefel enthaltenden organischen Verbindungen. Examples 43 to 44 relate to experiments in which sulfur-containing compounds, for example thiophene and Benzothiophene, to hydrocarbons, carbon dioxide and elemental Sulfur are decomposed. These examples illustrate the effectiveness of the catalyst system in catalysis Desulfurization of sulfur-containing organic compounds.
Bei Beispiel 43 wird eine Reaktionsmischung aus 12 ml Thiophen und 90 ml Wasser in einem 240 ml-Magne-Dash-Autoklaven in Anwesenheit von 0,1g löslichem RuCIo·l-SPL^O-Katalysator bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662 F) und einem Reaktionsdruck von 221 atü (3150 psig) und einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig) und während einer Reaktionszeit von 4 Stunden umgesetzt, wobei man C^,- bis C.-Kohlenwasserstoffe und 0,1g festen elementaren Schwefel, aber keine feststellbaren Mengen an Schwefeloxyden .oder Schwefelwasserstoff erhält. In Example 43, a reaction mixture of 12 ml of thiophene and 90 ml of water is used in a 240 ml Magne-Dash autoclave in the presence of 0.1 g of soluble RuCIo · l-SPL ^ O catalyst at a reaction temperature of 350 ° C (662 F) and a reaction pressure of 221 atmospheres (3150 psig) and an argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig) and reacted for a reaction time of 4 hours, one C ^, - to C. hydrocarbons and 0.1g solid elemental sulfur, but none detectable Amounts of sulfur oxides. Or hydrogen sulfide is obtained.
Bei Beispiel 44 wird eine Mischung aus 23 ml einer Lösung aus 8 Mol-% Thiophen (d.h. ungefähr 3 Gewichts-% Schwefel) in 1-Hexen und 90 ml Wasser in einem 240 ml-Magne-Dash-Autoklaven in Anwesenheit von 2 g festem Aluminiumoxyd-Träger, der 5 Gewichts-% Ruthenium enthält (äquivalent zu 0,1 g RuCl3*1-3H2O) bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F), einem Reaktionsdruck von 246 atü (3500 psig) und einem Argondruck von 42,2 atü (600 psig) und während einer Reaktionszeit von 4 Stunden umgesetzt, wobei man Kohlenwasserstoffprodukte erhält, die Schwefel in einer Menge von 0,9 Gewichts-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial, in Form von Thiophen enthalten. Diese Abnahme in der Thiophen-Konzentration entspricht einer 70%-igen Entschwefelung. Die Aktivität des Katalysators verschlechtert sich während 4 nachexnanderfolgender Ansätze nicht.In Example 44, a mixture of 23 ml of a solution of 8 mol% thiophene (ie approximately 3% by weight sulfur) in 1-hexene and 90 ml of water is made in a 240 ml Magne-Dash autoclave in the presence of 2 g of solid Alumina support containing 5% by weight ruthenium (equivalent to 0.1 g RuCl 3 * 1-3H 2 O) at a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F), a reaction pressure of 246 atm (3500 psig) and an argon pressure of 42.2 atmospheres (600 psig) and for a reaction time of 4 hours to give hydrocarbon products containing sulfur in an amount of 0.9% by weight based on the hydrocarbon feed in the form of thiophene . This decrease in thiophene concentration corresponds to 70% desulfurization. The activity of the catalyst does not deteriorate during 4 successive batches.
Bei den Beispielen 45 bis 52 werden Proben aus Vakuumgasöl und Restbrennstoffen verarbeitet, und diese Beispiele erläutern, daß das Katalysatorsystem die Entschwefelung, Demetal-Examples 45 to 52 process samples from vacuum gas oil and residual fuels, and these examples explain that the catalyst system does the desulfurization, demetal-
5 0 9 8 5 0/07055 0 9 8 5 0/0705
lisierung, Spaltung und Qualitätsverbesserung von Kohlenwasserstoff-Fraktionen wirksam katalysiert. Die Zusammensetzung der Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterialien, die verwendet werden, sind in Tabelle X angegeben. Die Restöle, die in diesen Beispielen verwendet werden, werden in Tabelle X durch den Buchstaben "A" ausgedrückt.lization, splitting and quality improvement of hydrocarbon fractions effectively catalyzed. The composition of the hydrocarbon feedstocks used are given in Table X. The residual oils used in these examples are shown in Table X by expressed the letter "A".
Die Beispiele 45 bis 48 betreffen Vakuumgasöl, die Beispiele 49 bis 50 betreffen C Atmosphären-Restöl, und die Beispiele 51 bis 52 betreffen Kafji-Restöl. Das Beispiel 45 betrifft Vakuumgasöl bei ähnlichen Bedingungen, wie sie in den Beispielen 46 bis 4 8 verwendet werden, aber in Abwesenheit eines Katalysators, und ist zum Vergleich mit aufgeführt. Die Versuchsbedingungen, die Produktzusammensetzungen und das Ausmaß der Schwefel-, Nickel- und' Vanadium-Entfernung bei diesen Beispielen sind in Tabelle XI angegeben. Die flüssigen Produkte zeichen sich dadurch aus, daß sie niedriger oder höher sieden, in Abhängigkeit davon, ob sie bei oder unter der Reaktionstemperatur sieden. Die Reaktionstemperatur beträgt 3 79 C (715°F), und in jedem. Beispiel wird ein 300 ml-Hastelloy-Legierungs B Magne-Dash-Autoklav verwendet. Ruthenium, Rhodium und Osmium werden in Form von löslichem RuCI^·1-3HpO, RhCl3*3HpO bzw. OsCIo*3H„0 zugegeben. Der entfernte Prozentgehalt an Schwefel, Nickel und Vanadium ist als Prozentgehalt an Schwefel-, Nickel- und Vanadium-Gehalt, entfernt aus dem Produkt, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial, angegeben.Examples 45 to 48 relate to vacuum gas oil, Examples 49 to 50 relate to C atmosphere residual oil, and Examples 51 to 52 relate to Kafji residual oil. Example 45 relates to vacuum gas oil under conditions similar to those used in Examples 46 through 48, but in the absence of a catalyst, and is listed for comparison with. The experimental conditions, product compositions and the extent of sulfur, nickel and vanadium removal in these examples are given in Table XI. The liquid products are characterized by the fact that they boil lower or higher, depending on whether they boil at or below the reaction temperature. The reaction temperature is 379 C (715 ° F), and in each. For example, a 300 ml Hastelloy alloy B Magne-Dash autoclave is used. Ruthenium, rhodium and osmium are added in the form of soluble RuCl ^. 1-3HpO, RhCl 3 * 3HpO or OsClo * 3H "0. The percentage of sulfur, nickel and vanadium removed is reported as the percentage of sulfur, nickel and vanadium removed from the product based on the hydrocarbon feed.
509850/07OS509850 / 07OS
cncn
(D OD on (D OD on
cncn
«D«D
f-f-
Restöle AAtmosphere
Residual oils A
, Restöle BAtmospheric
, Residual oils B
(b. d. er st en (b. d. nach s t.Straight topped
(bd er st en (bd after s t.
Vanadium2)
Vanadium
2
3. 1
2
3
343°C(6 50°F)siedet 15Faction under
343 ° C (6 50 ° F) boils 15
ppm
0API Weight%
ppm
0 API
UlUl
cncn
. NJ. NJ
COCO
COCO
■ . Tabelle XI "." „ ·-. ■■. Table XI ".""· -. ■
Beispiel BeispielBeispielBeispiel BeispielBeispiel Bspl. BeispielExample Example Example Example Example Example Example example
45 46 47 48 49 50 51 52 45 46 47 48 49 50 51 52
Reaktionsdruck } 190 (2700)162(2300) 246(3500)260(3700)257(3650)265(3775)255(3630)257(3650)Reaction pressure} 190 (2700) 162 (2300) 246 (3500) 260 (3700) 257 (3650) 265 (3775) 255 (3630) 257 (3650)
Argondruck 1^ " 31,6(450) 3^6 (450) 21,1(300 31,6(450) 28,1(400) 3.1,6(450) 28,1(400) 28,1(400)Argon Pressure 1 ^ "450 (31.6) 450 (3 ^ 6) 300 (21.1) 450 (31.6) 400 (28.1) 450 (3.1.6) 400 (28.1) 400 (28.1) )
Reaktionszeit 2) 7 g 5 2 16 16 13 13Response time 2) 7 g 5 2 16 16 13 13
Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis Oil to water weight ratio
m Zugegebenes Wasser ^) m added water ^)
*° Katalysator
co * ° catalyst
co
Katalysatorkonzentration ^'Catalyst concentration ^ '
ö' Produktzusammensetzung 5) ö 'Product composition 5)
ο Gasο gas
c/1 niedrigsiedende
Flüssigkeitc / 1 low boiling point
liquid
höhersiedende Flüssigkeithigher boiling liquid
Schwefelgehalt 6^Sulfur content 6 ^
Nickelgehalt 6),7)Nickel content 6) , 7)
Vanadiumgehalt 6)»7^
% Schwefelentfernung
% Nickelentfernung
% VanadiumentfernungVanadium content 6) » 7 ^
% Sulfur removal
% Nickel removal
% Vanadium removal
0,030.07+
0.03
tt
80 .36 ·
80.
8167
81
kjkj
89 IS389 IS3
COCO
Tabelle XI (Fortsetzung) Bemerkungen Table XI (continued) Comments
1) atü (psig)1) atü (psig)
2) Stunden2 hours
3) g
cn3) g
cn
ö 4) Die Menge an zugebenem Katalysator ist in g ausgedrückt undö 4) The amount of catalyst added is expressed in g and
go in der gleichen Reihenfolge, in der die entsprechenden Kata-go in the same order in which the corresponding catalogs
Q lysatoren angegeben sind, aufgeführt.Q lysers specified are listed.
O 5) Gewichts-% des Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials,O 5)% by weight of the hydrocarbon feed,
ö wenn nicht anders angegeben. ö unless otherwise stated.
6) Erhalten aus der Analyse der vereinigten flüssigen Fraktionen.6) Obtained from analysis of pooled liquid fractions.
7) ppm7) ppm
KJ K) LOKJ K) LO
Ein Vergleich der Ergebnisse von Tabelle XI zeigt, daß bei gleicher thermischer Verarbeitung ohne Zugabe von Katalysator aus einer äußeren Quelle eine beachtliche Spaltung und Qualitätsverbesserung und eine geringe Entschwefelung der Kohlenwasserstoff-Fraktion erreicht wird. Mit einem relativ hohen Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis sind die Zusammensetzungen der Produkte, die man bei der thermischen Verarbeitung und bei der Verarbeitung in Anwesenheit eines Rutheniumkatalysators erhält, ähnlich. Bei einem niedrigen Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis zeigt die Analyse der Produkte eine stärkere Spaltung in Anwesenheit eines Rutheniumkatalysators. Bei ähnlichen Bedingungen und mit einem Ruthenium- oder einem Rhodium-Osmium-Mischkatalysator tritt im wesentlichen eine vollständige Umwandlung des flüssigen Beschickungsmaterials in Gase und flüssige Produkte auf, die bei Temperaturen gleich oder unter der Reaktionstemperatur sieden. Der Schwefel, der durch die Entschwefelung entfernt wird, liegt in Form von elementarem Schwefel vor, wenn die Wasserdichte mindestens 0,1 g pro ml beträgt, beispielsweise, wenn das Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis 0,2 oder 0,3 beträgt. Jedoch liegt der entfernte Schwefel in Form von Schwefelwasserstoff vor, wenn die Wasserdichte weniger als 0,1 g pro ml beträgt, beispielsweise, wenn das Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis 5,4 oder 6 beträgt. Dies zeigt eindeutig eine Änderung in dem Mechanismus der Entschwefelung von organischen Verbindungen bei der Behandlung mit einer dichten, Wasser enthaltenden Phase, abhängig von der Dichte der dichten, Wasser enthaltenden Phase.A comparison of the results from Table XI shows that with the same thermal processing without the addition of catalyst from an external source, a considerable crack and quality improvement and little desulfurization the hydrocarbon fraction is achieved. With a relatively high oil-to-water weight ratio are the compositions of the products obtained during thermal processing and during processing in the presence a ruthenium catalyst obtained similarly. In the case of a low oil-to-water weight ratio, the analysis of the Products cause greater cleavage in the presence of a ruthenium catalyst. In similar conditions and with a Ruthenium or a rhodium-osmium mixed catalyst occurs essentially a complete conversion of the liquid Feed material in gases and liquid products at temperatures equal to or below the reaction temperature boil. The sulfur that is removed by desulfurization is in the form of elemental sulfur when the water density is at least 0.1 g per ml, for example when the oil-to-water weight ratio is 0.2 or 0.3 amounts to. However, the removed sulfur is in the form of hydrogen sulfide if the water density is less than 0.1 g per ml, for example when the oil-to-water weight ratio 5.4 or 6. This clearly shows a change in the mechanism of desulfurization of organic Compounds when treated with a dense, water-containing phase, depending on the density of the dense, Phase containing water.
Bei den Beispielen 53 bis 54 werden Aktivatoren bzw. Beschleuniger für das erfindungsgemäße Katalysatorsystem verwendet. Basische Metallhydroxyde und Carbonate und Übergangsmetalloxyde, bevorzugt Oxyde der Metalle der Gruppen IVB, VB, VIB und VIIB des Periodischen Systems, wirken nicht als Katalysatoren bei dem Wasser-Reformierverfahren, aber sie verstärken wirksam die Aktivität der erfindungsgemäßen Katalysatoren, die das Wasser-Reformieren bzw. -Umformung katalysieren. In Examples 53 to 54, activators or accelerators are used used for the catalyst system of the invention. Basic metal hydroxides and carbonates and transition metal oxides, preferred oxides of metals of groups IVB, VB, VIB and VIIB of the Periodic Table, do not act as Catalysts in the water reforming process, but they do effectively increase the activity of the catalysts according to the invention, which catalyze the water reforming or conversion.
509850/0705509850/0705
Der Aktivator oder Beschleuniger kann als Feststoff oder aufgeschlämmt in der Reaktionsmischung oder als wasserlösliches Salz, beispielsweise als Manganchlorid oder Kalium— permanganat, zugegeben werden, welches das entsprechende Oxyd unter den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Bedingungen bildet. Alternativ kann der Aktivator auf einem Träger abgeschieden werden und als solcher in einer Wirbelschichtkonfiguration eingesetzt werden, oder er kann in dem fluiden Material, was Wasser enthält, aufgeschlämmt werden. Das Verhältnis der Anzahl der Atome von Metall in dem Aktivator zu der Anzahl der Atome von Metall in dem Katalysator liegt im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 und bevorzugt von ungefähr 3 bis ungefähr 5.The activator or accelerator can be as a solid or slurried in the reaction mixture or as a water-soluble one Salt, for example as manganese chloride or potassium permanganate, which is the corresponding oxide among those used in the process according to the invention Forms conditions. Alternatively, the activator can be deposited on a carrier and as such in a Fluidized bed configuration can be used, or it can be slurried in the fluid material containing water will. The ratio of the number of atoms of metal in the activator to the number of atoms of metal in the catalyst ranges from about 0.5 to about 50, and preferably from about 3 to about 5.
Die Ausbeuten an Produkten bei dem Wasser-Reformierverfahren sind gute Indikatoren für die Aktivatoraktivität. Bei dem Wasser-Reformierverfahren werden in situ Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd durch Umsetzung eines Teils des Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials mit Wasser gebildet. Das gebildete Kohlenmonoxyd reagiert mit Wasser und bildet Kohlendioxyd und zusätzlichen Wasserstoff in situ. Der so gebildete Wasserstoff reagiert dann mit einem Teil des Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials aus den gesättigten Materialien. Zusätzlich kann ein Teil des Kohlenwasserstoffs hydrocracken und Methan bilden. Die Ausbeuten an gesättigtem Produkt, Kohlendioxyd und Methan sind gute Maße für die Aktivatoraktivität, wenn ein Aktivator in dem Katalysatorsystem vorhanden ist.The yields of products in the water reforming process are good indicators of activator activity. In which Water reforming processes become hydrocarbon in situ and carbon monoxide by reacting a portion of the hydrocarbon feed formed with water. The carbon monoxide formed reacts with water and forms carbon dioxide and additional hydrogen in situ. The hydrogen so formed then reacts with a portion of the hydrocarbon feed from the saturated materials. In addition, some of the hydrocarbon can hydrocrack and form methane. The yields of saturated product, carbon dioxide and methane are good measures for the activator activity, when an activator is present in the catalyst system.
Die Ausbeuten an Hexan, die man erhält, wenn man 1-Hexen in den Beispielen 53 und 54 verarbeitet, sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Hexanausbeute wird als Mol-%, bezogen auf das Beschickungsmaterial, das 1-Hexen, angegeben, welches zu Hexan in dem Produkt überführt wird.The yields of hexane obtained when 1-hexene is processed in Examples 53 and 54 are shown in FIGS. 5 and 6 shown. The hexane yield is expressed as mol% based on the feedstock, the 1-hexene, is indicated which is converted to hexane in the product.
Bei den Beispielen 53 und 54 werden eine Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F), eine Reaktionszeit von 2 Stunden, 90 g Wasser, 17 ί 0,5 g 1-Hexen und ein 300 ml-Hastelloy-Legierungs-B Magne-Dash-Autoklav verwendet. Für Fig. 5 werden die Ver-Examples 53 and 54 have a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F), a reaction time of 2 hours, 90 g Water, 17 ί 0.5 g 1-hexene and a 300 ml Hastelloy alloy B Magne-Dash autoclave used. For Fig. 5 the
509850/0705509850/0705
suche, bei denen die Punkte, die als 1 bis 5 bezeichnet sind, erhalten werden, bei Reaktionsdrucken von 242,5, 239, 197, 242,5 bzw. 246 atü (3450, 3400, 2800, 3450 bzw. 3500 psig) und Argondrucken von 45,7, 45,7, 0, 43,6 bzw. 43,6 atü (650, 650, 0, 620 bzw. 620 psig) durchgeführt. Bei den Versuchen, die den mit 1 bis 3 bezeichneten Punkten entsprechen, werden 0,2 g Mangandioxyd als Aktivator verwendet, wohingegen bei den Versuchen, die den Punkten mit den Bezeichnungen 4 und 5 entsprechen, kein Aktivator verwendet wurde. Bei Fig. 6 wurden bei den Versuchen, bei denen die mit 1 bis 3 bezeichneten Punkte erhalten werden, Reaktionsdrucke von 197, 250 bzw. 204 atü (2800, 3560 bzw. 2900 psig) und Argondrucke von 45,7 atü (650 psig) verwendet.seek at which the points labeled 1 through 5 are obtained at reaction pressures of 242.5, 239, 197, 242.5 and 246 atmospheres (3450, 3400, 2800, 3450 and 3500 psig, respectively) and argon pressures of 45.7, 45.7, 0, 43.6 and 43.6 atmospheres, respectively (650, 650, 0, 620 and 620 psig, respectively). In the attempts corresponding to the points marked 1 to 3, 0.2 g of manganese dioxide is used as an activator, whereas no activator was used in the tests corresponding to points 4 and 5. In Fig. 6 For the tests in which the points labeled 1 to 3 are obtained, reaction pressures of 197, 250 were obtained and 204 atmospheres (2800, 3560 and 2900 psig, respectively) and argon pressures of 45.7 atmospheres (650 psig) were used.
Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Hexanausbeute mit steigenden Mengen an Rutheniumkatalysator und mit entweder keinem zugefügten Aktivator oder mit 0,2 g zugefügtem Mangandioxyd als Aktivatpr steigt. Ähnlich zeigt Fig. 6, daß eine Erhöhung der Hexanausbeute mit steigenden Mengen an vorhandenem Mangandioxyd-Aktivator und 0,1 g RuCl3*3H20-Katalysator auftritt. Diese graphischen Darstellungen zeigen, daß in Abwesenheit von Katalysator der Aktivator allein keine katalytische Wasserreformieraktivität zeigt, die Hexanausbeute liegt unter 2 Mol-%, bezogen auf das Beschickungsmaterial. Bei einer gegebenen Konzentration des Katalysators ergibt eine Zugabe von 0,2 g Aktivator eine wesentlich erhöhte Ausbeute an Hexan in dem Produkt.It can be seen from FIG. 5 that the hexane yield increases with increasing amounts of ruthenium catalyst and with either no added activator or with 0.2 g of added manganese dioxide as the activator. Similarly, FIG. 6 shows that an increase in the hexane yield occurs with increasing amounts of manganese dioxide activator and 0.1 g of RuCl 3 * 3H 2 O catalyst present. These graphs show that in the absence of catalyst the activator alone does not exhibit catalytic water reforming activity, the hexane yield is less than 2 mole percent based on the feed. For a given concentration of catalyst, an addition of 0.2 g of activator results in a substantially increased yield of hexane in the product.
Bei den Beispielen 55 bis 68 werden 2-stündige Ansätze in einem 300 ml-Hastelloy-Legierungs-B-Magne-Dash-Autoklaven durchgeführt, und es werden 0,1 g RuCl3«l-S^O-Katalysator und 0,2 g verschiedene Übergangsmetalloxyde bei 35O°C (662°F) verwendet. Der Argondruck beträgt 45,7 atü (650 psig) in jedem Beispiel. Die Ausbeuten an Hexan, Kohlendioxyd und Methan sind in Tabelle XII angegeben.In Examples 55 to 68, 2-hour approaches are carried out in a 300 ml Hastelloy alloy B-Magne-Dash autoclave, and 0.1 g of RuCl 3 «ISO catalyst and 0.2 g of various Transition metal oxides used at 350 ° C (662 ° F). The argon pressure is 45.7 atmospheres (650 psig) in each example. The yields of hexane, carbon dioxide and methane are given in Table XII.
509850/0705509850/0705
cn οcn ο
22
"0"0
m
o m
O
Bei-At-
spielgame
56 57 5856 57 58
5959
6060
6161
6262
6363
6464
6565
66 ■66 ■
6767
6868
AktivatorActivator
V2OV 2 O
5. 5 .
Cr2O3 MnO2 Cr 2 O 3 MnO 2
Fe2O3 TiO2 Fe 2 O 3 TiO 2
MoO3 MoO 3
CuOCuO
BaOBaO
ZrO2 ZrO 2
Nb2O5 Nb 2 O 5
Ta2O5 Ta 2 O 5
ReO2 ReO 2
WOoWOo
Reaktions1)
Reaction
Be s ch i ckunq smaberialsComposition of the
Be s chi ckunq smaberials
Kohlendioxyd 4)Carbon dioxide 4 )
0,040.04
0,07 0,07 0,050.07 0.07 0.05
0,09 0,050.09 0.05
0,065 0,0250.065 0.025
0,080.08
0,0680.068
0,0380.038
0,010.01
0,0530.053
2) atü (psig) ' : . · .·"2) atü (psig) ' : . ·. · "
3) Mol-%, bezogen auf das Kohlenwas.serstaff-Beschickungsmaterial3) Mol% based on the hydrocarbon feed
4) Mol ■ ' '·■"■■4) moles ■ '' · ■ "■■
Methanmethane
4>4>
0,030.03
0,04 0t02 0,060.04 0 t 02 0.06
0,03 0;030.03 0 ; 03
0,060.06
- <n - <n
.0,011 0,0100.011 0.010
0,0070.007
0,0090.009
• 3- :·■■• 3-: · ■■
caapprox
Es tritt eine Erhöhung in der Ausbeute an Hexan bei allen Oxyden, die verwendet werden, auf, ausgenommen bei Bariumoxyd. Es tritt nur eine geringe Erhöhung in der Ausbeute an Hexan auf, wenn Kupfer-(II)-oxyd verwendet wird. Die gezeigten Aktivatoren aktivieren somit wirksam die katalytische Aktivität bei der Wasser-Reformierung, und besonders wirksam sind Übergangsmetalloxyde.There is an increase in the yield of hexane with all oxides that are used, except for barium oxide. There is only a slight increase in the yield of hexane when copper (II) oxide is used. The shown activators thus effectively activate the catalytic activity in water reforming, and are particularly effective Transition metal oxides.
Das Verhältnis der Ausbeute an Methan in Molen entweder zu der Ausbeute an Kohlendioxyd in Molen oder zu der Ausbeute an Hexan in Mol-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschikkungsmaterial, ist ein Anzeichen für das relative Ausmaß, in dem die konkurrierenden Reaktionen der Hydrospaltung und in situ Wasserstoffbildung bei der Wasser-Reformierung ablaufen. Die in Tabelle XII aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß ein gegebener Aktivator die Hydrospaltung und die Wasserstoffbildung in unterschiedlichem Ausmaß aktiviert. Es ist daher durch Auswahl eines Aktivators, verglichennit einem anderen, möglich, entweder selektiv die Hydrospaltung oder .die Wasserstoffbildung zu begünstigen und auch die Aktivität des Katalysators zu steigern.The ratio of the yield of methane in moles to either the yield of carbon dioxide in moles or to the yield of hexane in mol% based on the hydrocarbon feed material, is an indication of the relative extent to which the competing hydrocracking reactions and in situ hydrogen formation take place during water reforming. The results shown in Table XII show that a given activator activates the hydrocracking and the hydrogen formation to different extents. It is therefore by choosing an activator compared to another, possible, either selective hydrocracking or hydrogen formation to favor and also to increase the activity of the catalyst.
Es soll keine Theorie vorgeschlagen werden für den Mechanismus, gemäß dem die basischen Metallhydroxyde und Carbonate und Übergangsmetalloxyde die Aktivität der Katalysatoren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verstärken. Es sind jedoch Anzeichen dafür vorhanden, daß die Steigerung der katalytischen Aktivität durch die Übergangsmetalloxyde mindestens eine chemische.Wirkung und nicht eine Oberflächenwirkung ist. Zur Erläuterung sei ausgeführt, daß Beispiel 68 unter den gleichen Versuchsbedingungen durchgeführt wurde, wie sie in Beispiel 55 verwendet wurden, daß aber stattdessen als Katalysator 1 g Aktivkohle-Chips mit hohem Oberflächenbereich, enthaltend 5 Gewichts-% Ruthenium - d.h. 0,5 mMol Ruthenium, welches äquivalent ist to 0,1 g RuCl3*1.3H2O - verwendet wurden und daß kein Aktivator vorhanden war. Die Kohle-ChipsNo theory is to be suggested as to the mechanism by which the basic metal hydroxides and carbonates and transition metal oxides enhance the activity of the catalysts in the process of the invention. However, there is evidence that the increase in catalytic activity by the transition metal oxides is at least a chemical effect and not a surface effect. By way of illustration it should be stated that Example 68 was carried out under the same experimental conditions as were used in Example 55, but that 1 g of activated carbon chips with a high surface area, containing 5% by weight of ruthenium - ie 0.5 mmol of ruthenium, was used instead as a catalyst , which is equivalent to 0.1 g RuCl 3 * 1.3H 2 O - were used and that no activator was present. The coal chips
2 (Stückchen) hatten einen Oberflächenbereich von 500 m pro g.2 (chunks) had a surface area of 500 m per g.
509850/0705509850/0705
252231a252231a
Die Ausbeute an Hexan beträgt 12 Mol-%, und die Ausbeute an Kohlendioxyd beträgt 0,017 Mol. Beide dieser Ausbeuten sind kleiner als die entsprechenden Ausbeuten, die man in. Beispiel 55 in Abwesenheit eines Aktivators erhält.The yield of hexane is 12 mol% and the yield of Carbon dioxide is 0.017 mole. Both of these yields are less than the corresponding yields found in. Example 55 received in the absence of an activator.
In den Beispielen·70 bis 76 wird erläutert, daß unterschiedliche Wirksamkeiten der verschiedenen Kombinationen von Katalysatoren und Aktivatoren beim katalytischen Spalten,der Hydrierung, der Skelett-Isomerisierung und der Olefin-Stellungs-Isomerisierung des Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials erhalten werden. Bei jedem Beispiel ist das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial eine Lösung von 36 Mol-% 1-Hexen in verdünntem Benzol, ausgenommen, bei Beispiel 74, bei dem das Benzol durch Äthylbenzol ersetzt wird. Bei jedem Beispiel wird die Umsetzung in einem 300 ml-Hastelloy-Legierungs-B-Magne-Dash-Autoklaven unter einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig), einer Reaktionstemperatur von 350 C (662°F) und einer Reaktionszeit von 2 Stunden durchgeführt. Die Zusammensetzungen des Beschickungsmaterials, die Drucke, die Katalysatorzusammensetzungen, die Produktausbeuten und die Umwandlungen an 1-Hexen-Beschickungsmaterial sind in Tabelle XIII angegeben.In Examples 70 to 76, it is explained that various Effectiveness of the various combinations of catalysts and activators in catalytic cracking, the Hydrogenation, skeletal isomerization, and olefin-positional isomerization of the hydrocarbon feed. In each example, the feedstock is hydrocarbon a solution of 36 mol% 1-hexene in dilute benzene, with the exception of Example 74, in which the benzene is replaced by ethylbenzene. In each example, the reaction is carried out in a 300 ml Hastelloy alloy B Magne Dash autoclave under an argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig), a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) and a reaction time of 2 hours. The compositions of the feed material, the prints, the catalyst compositions, product yields and 1-hexene feed conversions are in Table XIII given.
509850/070S509850 / 070S
Zusammensetzung des
Beschickungsmaterials Kohlenwasserstoff
WasserComposition of
Feed hydrocarbon
water
Reaktionsdruck 2) Reaction pressure 2)
Katalysator-Zusammensetzung D 'Catalyst composition D '
RuCl3»l-3H2O ' 0v05RuCl 3 >> l-3H 2 O '0 v 05
Na ρ CO, -Na ρ CO, -
TaCl1- -TaCl 1 - -
TiO, -TiO, -
3)3)
ProduktausbeutenProduct yields
'Methan . 1'Methane. 1
n-Pentan 1n-pentane 1
·
n-Hexan 26 ·
n-hexane 26
% Umwandlung, bezogen auf 97 % Conversion based on 97
eingeführte 1-Hexen 3)introduced 1-hexes 3)
· Bemerkungen . · Comments .
Tabelle XIII · . Table XIII ·.
Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel 70 7J 72_ 73 74 75 76 Example Example Example Example Example Example Example 70 7J 72_ 73 74 75 76
17 15 17 17 .1617 15 17 17 .16
. 91 91 90 91 91 91 91. 91 91 90 91 91 91 91
183(2600)239(3400)242,5(3450)249,5(3550)249,5(3550)249,5(3550) 232(3300)183 (2600) 239 (3400) 242.5 (3450) 249.5 (3550) 249.5 (3550) 249.5 (3550) 232 (3300)
0,05 0,3 0.20.05 0.3 0.2
0,05 0,30.05 0.3
12 71 9812 71 98
66 9766 97
0;05 0,60 ; 05 0.6
.5 68 97.5 68 97
D gD g
2.) atü (psig·) ■ .. · . ■2.) atü (psig ·) ■ .. ·. ■
3) Mol-%', bezogen auf I-Hexen-Beschickungstnaterial3) mole percent based on I-hexene feed
Die hohe Umwandlung von 1-Hexen in Beispiel 70 zeigt die Skelett-Isomerisierung zu Methylpentenen und die Olefin-Stellungs-Isomerisation zu 2- und 3-Hexen, man erhält aber nur eine 26%-ige Ausbeute an Hexan mit dem Katalysatorsystem ohne Aktivator. Die Zugabe einer Übergangsmetalloxyds, eines Übergangsmetallsalzes, beispielsweise Tantalpentachlorid, welches unter den verwendeten Bedingungen ein Übergangsmetalloxyd bildet, oder eines basischen Metallcarbonats verurdacht eine wesentliche Erhöhung in der Ausbeute an Hexan. Wenn das Katalysatorsystem basisch ist, wird die Skelett-Isomerisierung vollständig unterdrückt, aber die Olefin-Stellungs-Isomerisierung tritt noch auf. Keines der in den Beispielen 70 bis 76 verwendeten Katalysatorsysteme ist wirksam bei der Spaltung oder Hydrierung der Verdünnungsmittel, Benzol und Äthylbenzol. Wird Äthylbenzol als Verdünnungsmittel verwendet, so werden nur Spurenmengen an entalkylierten Produkten, Benzol und Toluol, gebildet.The high conversion of 1-hexene in Example 70 shows that Skeletal isomerization to methyl pentenes and the olefin-positional isomerization to 2- and 3-hexene, but only a 26% yield of hexane is obtained with the catalyst system without activator. The addition of a transition metal oxide, a transition metal salt, for example tantalum pentachloride, which forms a transition metal oxide under the conditions used, or a basic metal carbonate a substantial increase in the yield of hexane. When the catalyst system is basic, skeletal isomerization occurs completely suppressed, but the olefin position isomerization still occurs. None of the in the Examples 70 to 76 used catalyst systems is effective in the cleavage or hydrogenation of the diluents, Benzene and ethylbenzene. If ethylbenzene is used as a diluent, only trace amounts of dealkylated are used Products, benzene and toluene.
Die Beispiele 77 bis 83 erläutern die relativ hohe Wirksamkeit bestimmter Verbindungen des Katalysatorsystems bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Katalyse der Spaltung von Alkylaromaten. Bei jedem Beispiel wird als Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial eine Lösung von 43 Mol-% 1-Hexan und 57 Mol-% Äthylbenzol verwendet. Bei jedem Beispiel werden der Kohlenwasserstoff und das Wasser 2 Stunden in einem 300 ml-Hastelloy-Legierungs-B-Mange-Dash-Autoklaven bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F) und unter einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig) umgesetzt. Die Zusammensetzung des Beschickungsmaterials, der Reaktionsdruck, die Zusammensetzungen des Katalysators und die Produktausbeuten sind in Tabelle XIV angegeben.Examples 77 to 83 illustrate the relatively high effectiveness of certain compounds of the catalyst system in the Process according to the invention in the catalysis of the cleavage of Alkyl aromatics. In each example, the hydrocarbon feedstock is a solution of 43 mol% 1-hexane and 57 mol% ethylbenzene used. In each example, the hydrocarbon and water are placed in a 300 ml Hastelloy alloy B Mange Dash autoclave for 2 hours at a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) and under argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig). The composition of the feed, the reaction pressure, the compositions of the catalyst and the product yields are given in Table XIV.
0 9 8 5 0/07050 9 8 5 0/0705
Zusammensetzung des -\ Beschickungsmaterials Xl Composition of the feed material Xl
KohlenwasserstoffHydrocarbon
RuCl3-1-3H2OAssemble
RuCl 3 -1-3H 2 O
Ocn
O
Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel 77 78 . 79 80 81 82 > . 83Example Example Example Example Example Example Example 77 78. 79 80 81 82>. 83
1616
17 18 1717 18 17
91 90 90 91 9091 90 90 91 90
225(3200) 214(305"O) 204(2900) 204(2900) 186(2650) 179(2550)225 (3200) 214 (305 "O) 204 (2900) 204 (2900) 186 (2650) 179 (2550)
0,050.05
0,3 0,10.3 0.1
0,050.05
0,05
0,30.05
0.3
0,05
0,30.05
0.3
0,10.1
0,20.2
0,05 0,30.05 0.3
1616
9090
179(2550)179 (2550)
0,050.05
0,30.3
0,100.10
Tabelle XIV (Fortsetzung) Bemerkungen Table XIV (continued) Notes
1) g1) g
2) atü (psig)
on2) atü (psig)
on
° 3) Hergestellt aus 1-Hexen und angegeben als Mol-%,° 3) Made from 1-hexene and expressed as mol%,
eo bezogen auf das eingeführte 1-Hexen.eo based on the introduced 1-hexene.
m .. ι m .. ι
° 4) Hergestellt aus Äthylbenzol und angegeben als Mol-%,° 4) Manufactured from ethylbenzene and expressed as mol%,
ο bezogen auf Alkylbenzol-Beschickungsmaterial. 1^ο based on alkylbenzene feed. 1 ^
-i . ι-i. ι
M KJ GOM KJ GO
Obgleich alle Katalysatorsysteme, die in den Beispielen 77 bis 83 verwendet werden, wirksam sind, um die Wasser-Reformierungsaktivität zu katalysieren, sind nur Iridium und Rhodium wirksam, um Äthylbenzol zu Benzol und Toluol zu spalten. Ein Vergleich der Produktausbeuten bei den Beispielen 80 bis 82 zeigt, daß eine Spaltung der Alkylaromaten erreicht wird, wenn man ein Katalysatorsystem verwendet, das entweder Iridium oder Rhodium kombiniert mit einem erfindungsgemäßen Katalysator enthält, aber nicht Iridium oder Rhodium allein. Although all of the catalyst systems used in Examples 77-83 are effective in reducing water reforming activity To catalyze, only iridium and rhodium are effective to split ethylbenzene into benzene and toluene. A comparison the product yields in Examples 80 to 82 shows that cleavage of the alkyl aromatics is achieved if uses a catalyst system that is either iridium or rhodium combined with a catalyst according to the invention, but not iridium or rhodium alone.
In den Beispielen 84 bis 86 wird erläutert, daß Alkylbenzole gespalten werden, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren und das gleiche Katalysatorsystem, wie es in Beispiel 80 verwendet wurde, verwendet, selbst in Abwesenheit eines Olefins in dem Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial. Jedes dieser Beispiele ist ein 2-stündiger Versuch in einem 300 ml—Hastelloy-Legierungs-B-Magne-Dash-Reaktor bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F) und unter einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig). Die Zusammensetzungen des Kohlenwasserstoffbeschickung smaterials, die Menge an zugefügtem Wasser, die Reaktionsdrucke und die Ausbeuten der Produkte bei der Spaltung der Alkylaromaten sind in Tabelle XV angegeben.In Examples 84 to 86 it is explained that alkylbenzenes are cleaved when the process according to the invention is used and the same catalyst system as used in Example 80 was used even in the absence of an olefin in the hydrocarbon feed. Each of these examples is a 2 hour run in a 300 ml Hastelloy alloy B-Magne-Dash reactor at a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) and under an argon pressure of 45.7 atm (650 psig). The compositions of the hydrocarbon feed smaterials, the amount of water added, the reaction pressures and the yields of the products in the cleavage of the alkyl aromatics are given in Table XV.
609850/0705609850/0705
Beisp.84Example 84
Zusammensetzung des • Beschickungsmaterials ^-' Composition of the • feed material ^ - '
Tabelle XV Beisp.85Table XV Ex. 85
Äthylbenzol Propylbenzol Toluol n-Heptan Wasser 2)Ethylbenzene propylbenzene toluene n-heptane water 2)
Reaktionsdruck ■Reaction pressure ■
Zusammensetzung des Produktes Methan BenzolComposition of the product methane benzene
Toluol Äthylbenzol ->)Toluene ethylbenzene ->)
Propylbenzol Bemerkungen Propylbenzene Remarks
0,150.15
91 172 (2450)91 172 (2450)
0,050.05
0,001(l%)4 0.001 (l%) 4
0,018(12%)'0.018 (12%) '
0,130.13
0,0500.050
0r12 91 211(3000)0 r 12 91 211 (3000)
0,050.05
0,001(2%)* 0,007(14%)4 0,004(8%)4 0.001 (2%) * 0.007 (14%) 4 0.004 (8%) 4
0;0390 ; 039
Bei sp . 86At sp. 86
1) Mol, sofern nicht anders angegeben. 1) moles, unless otherwise stated.
2) g2) g
3) atü (psig) ■ · . .3) atü (psig) ■ ·. .
4) Mol-%, bezogen auf das Beschickungsmaterial, nämlich die Alkylaromaten in Klammern. ■5) einschließlich Xylole.. ,4) Mol%, based on the feed material, namely the alkyl aromatics in brackets. ■ 5) including xylenes ..,
In Beispiel 87 wird erläutert, daß gesättigte Kohlenwasserstoffe gespalten werden können, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren durchführt und das gleiche Katalysatorsystem verwendet, wie es in Beispiel 80 verwendet wurde. Bei diesem Beispiel werden 15,9 g n-Heptan und. 92,4 g Wasser in einem 300 ml-Hastelloy-Legierung B Magne-Dash-Autoklaven vermischt, und bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F) unter einem Reaktionsdruck von 218 atü (3100 psig) und einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig) während einer Reaktionszeit von 2 Stunden erwärmt. Methan in einer Menge von 0,67 g,entsprechend 4,2 Gewichts-% n-Heptan-Beschickungsmaterial, wird bei der Umsetzung gebildet. Die Tatsache, daß nur Spuren an Produkten mit einer höheren Kohlenstoffanzahl als Methan gefunden werden, zeigt an, daß, wenn ein Molekül aus gesättigtem Kohlenv/asserstoff gespalten wird, es vollständig gespalten wird.In Example 87 it is explained that saturated hydrocarbons can be split if one of the invention Procedure using the same catalyst system as used in Example 80. With this one Example are 15.9 g of n-heptane and. 92.4 g of water mixed in a 300 ml Hastelloy alloy B Magne-Dash autoclave, and at a reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) under a reaction pressure of 218 atg (3100 psig) and an argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig) for a reaction time of 2 hours. Methane in an amount of 0.67 g, accordingly 4.2% by weight of the n-heptane feed, is formed in the reaction. The fact that only traces on products with a higher carbon number than Methane being found indicates that when a molecule of saturated carbon is broken down, it is completely broken down is split.
Die Beispiele 88 bis 117 erläutern die Verarbeitung von Teer— sandöl-Beschickungsmaterial in einem 300 ml-Hastelloy-Legie— rung C Magne-Drive-Reaktor. Die Eigenschaften der i-n diesen Beispielen verwendeten Beschickungsmaterialien, d.h. der Teersandsorten, sind in Tabelle X angegeben."Topped",d.h.abdestillierte Teersandöle,sind die Teersandöle der I.Destillation, dsren Eigenschaften in Tabelle X angegeben sind, wovon aber ungefähr. 25 Gewichts-% leichtes Material entfernt wurden. Teersandöle der 1. Destillation (sogenannte straight-Teersandöle) werden als Beschickungsmaterialien der Beispiele 88 bis 103 verwendet, wohingegen "topped'' Teersandöle als Beschickungsmaterialien bei den Beispielen 104 bis 117 verwendet werden. Die verwendeten Versuchsbedingungen und die Analysenergebnisse der erhaltenen Produkte dieser Beispiele sind in den Tabellen XVI und XVII angegeben. Bei allen Beispielen betrug die Re- . aktionstemperatur 400°C (752°F). Ruthenium, Rhodium und Osmium v/erden in Form der löslichen Salze, nämlich RuCl3·1-3HpO, RhCl3*3H2O und OsCl3-3H2O zugegeben. Jede Komponente des Katalysatorsystems in jedem Beispiel wird entweder in Form der wäßrigen Lösung oder als Feststoff inExamples 88 through 117 illustrate the processing of tar sands oil feedstock in a 300 ml Hastelloy Alloy C Magne-Drive reactor. The properties of the feedstocks used in these examples, ie tar sands, are given in Table X. "Topped", i.e., distilled tar sand oils, are the tar sand oils of the 1st distillation, the properties of which are given in Table X, but are approximate. 25% by weight light material was removed. 1st distillation tar sand oils (so-called straight tar sand oils) are used as the feedstocks of Examples 88-103, whereas "topped" tar sand oils are used as the feedstocks in Examples 104 to 117. The experimental conditions used and the analytical results of the products obtained are those of these examples in Tables XVI and XVII In all examples the reaction temperature was 400 ° C. (752 ° F.) Ruthenium, rhodium and osmium earth in the form of the soluble salts, namely RuCl 3 · 1-3HpO, RhCl 3 * Added 3H 2 O and OsCl 3 -3H 2 O. Each component of the catalyst system in each example is either in the form of the aqueous solution or as a solid in
509850/0705509850/0705
einer Aufschlämmung des Feststoffs in Wasser zugegeben, abhängig davon, ob die Komponente wasserlöslich ist oder nicht.added to a slurry of the solid in water, depending whether the component is water soluble or not.
Ein Vergleich der in Tabelle XVII angegebenen Ergebnisse zeigt, daß die Bildung an Gas und festem Rückstand und das Ausmaß der Schwefel- und Metall-Entfernung erhöht wird, wenn die Reaktionszeit von 1 auf 3 Stunden erhöht wird und kein Katalysator von einer äußeren Quelle zugegeben wird. Die Zugabe eines Katalysators aus einer äußeren Quelle ergibt eine geringe Erhöhung in den Ausbeuten an* festem Rückstand und in den API-spezifischen Gewichten des flüssigen Produkts, aber anders als bei Beschickungsmaterialien,ausgenommen Teersandöle, besitzen sie einen geringen Einfluß auf die Ausbeuten bei der Hydrospaltung und auf die c/H-Atomverhältnisse. Eine Änderung des Öl-zu-Wasser-Gewichtsverhältnisses von 1:3 bis 1:2 ergibt im allgemeinen eine Erniedigung in dem Ausmaß der Schwefel- und Metall-Entfernung und eine entgegengesetzte Verlagerung bei der Produktverteilung. Mit Beschickungsmaterialien, ausgenommen Teersandöle, sind Verlagerungen weniger nachteilig bei Erhöhungen in dem Kohlenwasserstoff-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis, bis 1:1 erreicht wird.A comparison of the results given in Table XVII shows that the formation of gas and solid residue and the Extent of sulfur and metal removal is increased when the reaction time is increased from 1 to 3 hours and none Catalyst is added from an external source. The addition of a catalyst from an external source gives one slight increase in the yields of solid residue and in the API specific weights of the liquid product, however unlike feedstocks other than tar sand oils, they have little effect on yields in hydrocracking and on the c / H atomic ratios. One Change the oil-to-water weight ratio from 1: 3 to 1: 2 generally gives a decrease in the amount of sulfur and metal removal and an opposite displacement in product distribution. With feed materials other than tar sand oils, shifts are less disadvantageous with increases in the hydrocarbon-to-water weight ratio, until 1: 1 is reached.
Die Ergebnisse der schwereren TeersandÖle, die bereits destilliert wurden, sind ähnlich wie die bei den nicht-destillierten Teersandölen. Der einzige Unterschied ist der, daß die Umwandlung von schweren Enden zu leichten Enden bei den schon destillierten Teersandölen weiter zunimmt, wenn die Reaktionszeit von 1 auf 3 Stunden erhöht wird, wobei solche Umwandlungen im wesentlichen in ungefähr 1 Stunde bei den nicht-destillierten Teersandölen beendigt sind.The results of the heavier tar sand oils that are already distilled are similar to those of the non-distilled tar sand oils. The only difference is that the conversion of heavy ends to light ends in the tar sand oils that have already been distilled increases further when the reaction time is increased from 1 to 3 hours, with such conversions essentially occurring in about 1 hour in the case of the non-distilled tar sand oils have ended.
Die Gesamtausbeuten und die Zusammensetzungen der Gasprodukte, die man bei einer Reihe von Beispielen erhält, deren Bedingungen in Tabelle XVII angegeben sind, sind in Tabelle XVIII aufgeführt. The overall yields and compositions of the gas products obtained in a number of examples, their conditions in Table XVII are listed in Table XVIII.
509850/0705509850/0705
spielat
game
akti-
gns i)Re-
active
gns i)
tions-
druck 2)Reak
functional
pressure 2)
Argondruck ^/ Argon pressure ^ /
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450) '31.6 (450) '
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450)31.6 (450)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
Menge an zu- öl-zu~Wasgefügtem ser-Gew.-Amount of water weight added to oil to water
91
90
90
90
90
90
90
91
90
90
8091
90
90
90
90
90
90
91
90
90
80
1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 . 1:3 . 1:21: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3. 1: 3. 1: 2
lysatorKata
lyser
gegebenem «V
KatalysatorAmount of too
given «V
catalyst
Rh+Os Rh+Os Ru+0sRh + Os Rh + Os Ru + 0s
Ru+0sRu + 0s
0,15 +0,14 0,15 +J,14 0,15 +0,14 0,10 +0,100.15 +0.14 0.15 + J, 14 0.15 +0.14 0.10 + 0.10
0,15 +0,20 Na0.15 +0.20 Na
Tabelle XVI '(Fortsetzung) Table XVI '(continued)
spielAt-'
game
akti-
gns -i ) Re-.
active
gns -i )
tions-
druck 2)Reak
functional
pressure 2)
druck *) argon
pressure *)
οcn
ο
coco
co
O crt
O
OO
"4"4
cn O
cn
Menge an au- ol-BU
gefügtem · ser-Gew,-Wasser 3?
Verhält ni_s 80
90
80
80
91
90
90
90
90
90
80
90Amount of water weight, water 3? Ratio 80
90
80
80
91
90
90
90
90
90
80
90
1:2 1:3 Is3 1:3 1:3 1:31: 2 1: 3 Is3 1: 3 1: 3 1: 3
1:3 1:3 1:3 1:3 3:8 1:31: 3 1: 3 1: 3 1: 3 3: 8 1: 3
Menge an zu-Amount of to-
Kata- gegebenem Λ Kata- given Λ
lysator Katalysatorlysator catalyst
Rh-KJs Rh-K)S Ru+Os RuRh-KJs Rh-K) S Ru + Os Ru
0f15 +σ,14 0r15 +0,14 0,15 +0,14 0,150 f 15 + σ, 14 0 r 15 +0.14 0.15 +0.14 0.15
FeCl3+Mn0A 0; FeCl 3 + MnO A 0 ;
Tabelle XVI (Fortsetzung)Table XVI (continued)
spiel ..- Bel- '
game
akti-Re-
active
tions-
> druck ^/React
functional
> print ^ /
druck 2)argon
pressure 2)
gefügtem
WasserAmount of
added
water
ser-Gew.-
3) Verhältnisto- oil-to-what-
ser weight
3) relationship
lysatorKata
lyser
gegebenem /ν
KatalysatorAmount of too
given / ν
catalyst
οcn
ο
COCO
inin
4) Die Menge an zugegebenem Katalysator ist in g angegeben und in der
gleichen Reihenfolge wie die entsprechenden Katalysatoren aufgeführt*4) The amount of catalyst added is given in g and in the
the same order as the corresponding catalysts listed *
Produktzusammensetzunq ·1'
Product composition
EndenHeaviness
end up
stoffeFixed
fabrics
spez.GewichtAPI 4)
Spec. Weight
BilanzWeight
Balance sheet
spielat
game
■ EndenLight "~~
■ ends
INJ COINJ CO
Tabelle XVII .(Fortsetzung) . Table XVII . (Continued).
EndenHeaviness
end up
stoffeFixed
fabrics
spez.GewichtΑΡΪ 4 >
Spec. Weight
spielat
game
EndenEasy
end up
BilarWeight -
Bilar
ο
co W
ο
co
cnco
cn
CsCs
8rl ■ 3.1
8 r l
30,0
* *26.8
30.0
* *
mm IW
mm
10,012.2
10.0
110109
110
61>762.0
61> 7
28• 81
28
98 .8th
98
7688
76
100 7 399.3
100 7 3
spielat
game
EndenHeaviness
end up
stoffeFixed
fabrics
EndenEasy
end up
,Prozent Entfernung von 2)
, Percent distance from
8281
82
■ ; 9417th
■; 94
114113
114
6,75.5
6.7
31,541.8
31.5
5,4 ·.0.7
5.4 ·.
9591
95
56,452.0
56.4
cn OO
cn
"»Ν ο
"» Ν
Bemerkungen5.7 59.8
Remarks
. . APt 4) Gew.- '■. . APt 4) wt
Η-ά 3) spez.Gewicht Bilanz" Η-ά 3) specific weight balance "
.14,4 100,1.14.4 100.1
. «, « 100,0. «,« 100.0
99,9 i. - 100,099.9 i. - 100.0
1) Gewichts-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmateria!1)% by weight based on the hydrocarbon feed material!
2) Diese Werte werden aus Analysen der vereinigten leichten und schweren Enden erhalten. · , . ·2) These values are obtained from analyzes of the combined light and heavy Ends preserved. ·,. ·
3) Atomverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff.3) atomic ratio of hydrogen to carbon.
4) 0API ' ' ■ ■ '4) 0 API '' ■ ■ '
5) Gesamtgewicht, bezogen auf die Kohlenwasserstoff- und Wasser-Beschickungs- ' . materialien und den Katalysator, gewonnen als Produkt und Wasser. fc> 5) Total weight based on hydrocarbon and water feeds. materials and the catalyst, obtained as product and water. fc>
Tabelle XVIIITable XVIII
Anwesenheit eines Reakti— Öl-zu-Wasser-Beivon außen zugefüg- ons-.» Gewichtsverspiel ten Katalysators zeit hältnis Presence of a reactive oil-to-water additive from the outside. " Loose weight catalytic converter time ratio
*1
*
9994
99
jaYes
Yes
3
1>
3
1
1:21: 3
1: 2
107105
107
jano
Yes
13 ·
1
1:3. 1: 3
1: 3
des Gasproduktscomposition
of the gas product
produkts.of the gas
product.
K) I K> • OJ K) I K> • OJ
In allen Fällen ist die Hauptkomponente der Gasprodukte Argon, welches verwendet wurde, um den Reaktor unter Druck zu setzen, und welches in Tabelle XVIII nicht aufgeführt ist.· Eine Änderung des Öl-zu-Was er-Gewichtsverhältnisses von 1:3 zu 1:2 und/oder eine Erhöhung der Reaktionszeit ergibt erhöhte Ausbeuten an Gas. Die Zugabe eines Katalysators ergibt ebenfalls eine Erhöhung in der Ausbeute an gasförmigen Produkten.In all cases the main component of the gas products is argon, which was used to pressurize the reactor and which is not listed in Table XVIII. · One change the oil-to-water weight ratio of 1: 3 to 1: 2 and / or increasing the reaction time results in increased yields of gas. The addition of a catalyst also gives an increase in the yield of gaseous products.
Die Anv/esenheit von Kohlendioxyd und Wasserstoff unter den Gasprodukten, die in den Beispielen 92, 93, 104 und 105 erhalten wurden, zeigt, daß Wasserstoff und Kohlenmonoxyd gebildet werden, selbst ohne Zugabe von Katalysatoren aus äußeren Quellen, vermutlich deshalb, weil Metalle, die inhärent in den Teersandölen vorhanden sind, als Katalysatoren wirken.The presence of carbon dioxide and hydrogen among the gas products obtained in Examples 92, 93, 104 and 105 shows that hydrogen and carbon monoxide are formed even without the addition of external catalysts Swells, presumably because metals inherent in tar sand oils act as catalysts.
Ein Vergleich der in Tabelle XVII aufgeführten Ergebnisse zeigt, daß die Zugabe von Katalysatoren im allgemeinen ein größeres Ausmaß der Entschwefelung ermöglicht, als man es erreicht, wenn kein Katalysator von einer äußeren Quelle zugegeben· wird. Die Zugabe eines Übergangsmetalloxyds oder eines basischen Metallhydroxyds oder -carbonats, entweder allein oder als Aktivator in Anwesenheit eines Wasser-Reformierungs-Katalysators, verbessert das Ausmaß der Entschwefelung stark. Jedoch nimmt bei Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterialien, ausgenommen Teersandöle, das Ausmaß der Entschwefelung mit steigender Reaktionszeit ab. In allen Fällen wird der Schwefel, der aus dem Öl entfernt wird, als elementarer Schwefel und nicht in Form von Schwefeldioxyd oder Schwefelwasserstoff erhalten.A comparison of the results shown in Table XVII shows that the addition of catalysts is generally a allows for a greater degree of desulphurization than is possible achieved when no catalyst is added from an external source will. The addition of a transition metal oxide or a basic metal hydroxide or carbonate, either alone or as an activator in the presence of a water reforming catalyst, greatly improves the level of desulfurization. However, with hydrocarbon feedstocks, excluding tar sand oils, the extent of desulfurization with increasing response time. In all cases the sulfur, which is removed from the oil as elemental sulfur and not in the form of sulfur dioxide or hydrogen sulfide obtain.
Ein Vergleich der in Tabelle XVII aufgeführten Ergebnisse zeigt eine wesentliche Metall-Entfernung, selbst nach einer Reaktionszeit unter 1 Stunde und selbst in Abwesenheit eines von einer äußeren Quelle zugefügten Katalysators. Jedoch wird durch die Zugabe eines Katalysators und/oder eines Ubergangsmetalloxyds oder eines basischen MetalIhydroxyds oder -carbonats als Aktivator das Ausmaß der Entmetallisierung v/eiter verbessert.A comparison of the results listed in Table XVII shows substantial metal removal, even after one Reaction time less than 1 hour and even in the absence of an external source added catalyst. However, will by adding a catalyst and / or a transition metal oxide or a basic metal hydroxide or carbonate as an activator, the extent of demetallization v / pus improved.
509850/0705509850/0705
Die Beispiele 118 bis 171 betreffen ansatzweise arbeitende Beispiele in einem 300 ml-Hastelloy-Legierungs—C-Magne— Drive-Reaktor unter Verwendung von Khafji und C Atmosphären— Restölen. Die Eigenschaften dieser Restöle sind in Tabelle X angegeben und mit dem Buchstaben "B" bezeichnet. Die Beispiele 118 bis 135 betreffen Khafji Atmosphären-Restöle, wohingegen die Beispiele 136 bis 171 atmosphärisches C-Restöl betreffen. Die in diesen" Beispielen verwendeten Reaktionsbe— dingungen sind in Tabelle XIX angegeben. Alle Versuche wurden, sofern nicht anders in Tabelle XIX angegeben, bei 4OO°C (752 P) durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle XX angegeben.Examples 118 to 171 relate to batch examples in a 300 ml Hastelloy alloy — C-Magne— Drive reactor using Khafji and C atmospheres— Residual oils. The properties of these residual oils are given in Table X indicated and marked with the letter "B". Examples 118-135 relate to Khafji atmospheric residual oils, whereas Examples 136-171 relate to atmospheric C residual oil. The reaction conditions used in these examples conditions are given in Table XIX. Unless otherwise stated in Table XIX, all experiments were carried out at 400.degree (752 P) carried out. The test results are in the table XX specified.
609850/0705609850/0705
O
CO
GXJO
CO
GXJ
Re-. Reak-Re-. React
Bei- akti- tions-At- action-
. n ons -ι ) rinirlf 2). n ons -ι ) rinirlf 2)
spiel- zeit1' arucjc 'season 1 'arucjc'
113 13y '253(360O)113 13 y '253 (360O)
119 89 256,5(3650)119 8 9 256.5 (3650)
9 .9.
120 2 320(4550)120 2 320 (4550)
121 69 253(3600)121 6 9 253 (3600)
122 ■ 69 253(3600)122 ■ 6 9 253 (3600)
123 69 176(2500)123 6 9 176 (2500)
124 6 313(4450)124 6 313 (4450)
125 4 316(4500)125 4 316 (4500)
126 1 309(4400)126 1 309 (4400)
127 1 302(4300)127 1 302 (4300)
128 1 292(4150)128 1 292 (4150)
129 · 1· 292(4150)129 · 1 · 292 (4150)
130 1 ' 292(4150)130 1 '292 (4150)
ArgondrucJc ArgondrucJc
28,1(400)28.1 (400)
28,1.(400)28.1. (400)
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450)31.6 (450)
31,6(450).31.6 (450).
31,6(450)31.6 (450)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
28,1(400)28.1 (400)
öl-zu-Wasser- Menge an Gewichtsver- .zugefügtem hältnis Wasser 3 ) oil-to-water amount of weight added ratio of water 3)
1:3,21: 3.2
1:3;21: 3 ; 2
9696
9696
9090
9090
9090
3030th
9090
9090
9090
9090
9090
8080
9090
Menge an zu-Katägegebenem c lysator Katalysator Amount of catalyst added to catalyst
Os Ru5 Rh6,OsOs Ru 5 Rh 6 , Os
0,20.2
0,120.12
0T12, 0;170 → 12, 0 ; 17th
K>he:
K>
!0.09
!
Tabelle XIX (Fortsetzung) Table XIX (continued)
tions-
■7 /=i 4-1 ) React
functional
■ 7 / = i 4-1)
tions-
druck 2 )Reak
functional
pressure 2)
druck Δ) Argon- 0 .
pressure Δ)
Gewichtsver
hältnisOil ~ to-water-
Weight reduction
ratio
zugefügtem
Wasser 3^Amount of
added
Water 3 ^
lysatorKata
lyser
gegebenem QV
Katalysator■ amount of too
given QV
catalyst
1 Zi CX L. '
1
Cr2O3 Ru, Os,
Cr 2 O 3
coco
"Ν,"Ν,
OO
OO
Cr203Ru, Os,
Cr 2 03
i 0.3
i
H2WO4 Ru, Os,
H 2 WO 4
•Tabelle XIX (Fortsetzung)• Table XIX (continued)
cn ο to co cn O cn ο to co cn O
spielat
game
tions-React
functional
tions-
druck 2)Reak
functional
pressure 2)
druck 'Argon-p.
pressure '
Öl-zu-Wasser-Gewi chtsverhältnis Oil-to-water weight ratio
Menge an zugefügtem" Wasser 3) Amount of added " water 3)
8080
90 90 90 9090 90 90 90
9O1O 90 96 96 96 90 30 90 90 9O 1O 90 96 96 96 90 30 90 90
Katalysator Catalyst
Ru, Os, TiOoRu, Os, TiOo
KOH KOH Ru,KOH KOH Ru,
Ru, TaCl5,Ru, TaCl 5 ,
■Menge an zugegebenem 8) Katalysator■ Amount of 8) catalyst added
0,15, 0,2, 0,30.15, 0.2, 0.3
0,15, 0,30.15, 0.3
Rh, OsRh, Os
0,15, 0,14 NJ CO 0.15, 0.14 NJ CO
Reak- Reak-Reac- reac-
SDi el Bex-
SDi el
zeit^functional
time ^
druck 2)functional
pressure 2)
druck ά' Argon--,
print ά '
164163
164
21
2
309 (4400)309 (4400)
309 (4400)
28,1(400)28.1 (400)
28.1 (400)
•<l• <l
OO
inin
166165
166
11
1
295(4200)309 (4400)
295 (4200)
28,1(400)28.1 (400)
28.1 (400)
Tabelle XIX (Fortsetzung) Table XIX (continued)
Öl-zu-WasserGewicht s verhältnis Oil-to-water weight s ratio
1:3 1:2 1:2 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 1:31: 3 1: 2 1: 2 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3 1: 3
zugefügtem"
Wasser 3) , .Amount of
added "
Water 3),.
lysatorKata-. -
lyser
gegebenem »
Katalysator0''• amount of too
given »
Catalyst 0 ''
cncn
hv ^hv ^
COCO
COCO
MnO2 MnO 2
. MnO2 . MnO 2
90
90 .90
90
90
Ru, MnO2 Ru, MnO 2
■ Ru, MnO2 ■ Ru, MnO 2
0,15, 0,05
0,15, 0,30.15, 0.09
0.15, 0.05
0.15, 0.3
Tabelle XZX (Fortsetzung) Bemerkungen Table XZX (continued) Comments
1) Stunden1 Hour
2) atü (psig)2) atü (psig)
3) g3) g
4) Zugegeben als OsCl3 #3H2O4) Added as OsCl 3 # 3H 2 O
5) Zugegeben als RuCl3*1-3H2O5) Added as RuCl 3 * 1-3H 2 O
cn 6) Zugegeben als RhCl3*3HpOcn 6) Added as RhCl 3 * 3HpO
2 7) Zugegeben als2 7) Admitted as
00 8) Die Mengen an zugefügten Katalysatoren sind in g angigeben 00 8) The amounts of catalysts added are given in g
ο und in der gleichen Reihenfolge, wie die entsprechendenο and in the same order as the corresponding ones
Q Katalysatoren aufgeführt wurden. . Q catalysts were listed. .
^ 9) Die Reaktionstemperatur beträgt 3 8O0C (7160P).^ 9) The reaction temperature is 3 8O 0 C (716 0 P).
^ 10) Das V/asser enthält ebenfalls 5 g l~Hexen als zusätzliche Wasserstoffquelle,^ 10) The water also contains 5 g of hexene as an additional source of hydrogen,
11) Die Reaktionstemperatur beträgt 37O°C (698°F).11) The reaction temperature is 370 ° C (698 ° F).
12) Die Reaktionstemperatur beträgt 3770C (7100F),12) The reaction temperature is 377 0 C (710 0 F),
N.· CON. · CO
spielAt- .
game
EndenEasy
end up
stoffeFixed
fabrics
Bilanz33 Mass
Balance 33
I"I "
.EndenHeaviness
.End up
121120
121
88y£57.3
88 y £
00.7
0
92,798.4
92.7
3,95.0
3.9
124.123
124
69,937.4
69.9
j2j2
9,8 '0.3,
9.8 '
103,697.1.
103.6
13,213.2
22. 22nd
22nd
Tabelle XX. (Fortsetzung) Table XX. (Continuation)
■ spielAt- .
■ game
EndenEasy.
end up
stoffeFixed
fabrics
Bilanz3 ' Mass
Balance 3 '
N)N)
cn
NJNJ)
cn
NJ
.EndenHeaviness
.End up
9276
92
134133
134
52,252.6
52.2
2,32.6
2.3
99,7. 98.9
99.7
CD
00 cn
CD
00
4,51.5
4.5
41,144.0
41.1
Oi ö
Oi
142141
142
53,156.9
53.1
99,8100.2
99.8
2,83.3
2.8
42,338.1
42.3
2323
23
3862
38
Tabelle XX (Fortsetzung) Table XX (continued)
EndenEasy.
end up
stoffeFixed
fabrics
spielAt- .
game
. EndenHeaviness
. end up
Bilanz3 ,. Mass
Balance 3
70;553.0
70 ; 5
10 ,1.3
10,
157156
157
4,34.3
14,6 ·38.0
14.6
92 .32
92.
99,7 100.7
99.7
CO 1 ^ V
CO
EndenEasy
end up
stoffeFixed
fabrics
.EndenHeaviness
.End up
I 03
I.
οο
OO
cn CO
OO
cn
1656 . 164
165 6
64,070.5
64.0
V 3.9,
V
100,3100.0
100.3
0,32.2
0.3
33,325.7
33.3
- 68. 24
- 68
9880 - ''
98
cn99.9 »" Ο
cn
Tabelle XX (Fortsetzung) Table XX (continued)
1) Gewichts-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial.1)% by weight based on the hydrocarbon feed.
2) Diese Vierte werden aus Analysen der vereinigten leichten und schweren Enden erhalten.2) These fourths are obtained from analyzes of the combined light and heavy ends.
3) Gesamtgewichts-% an Kohlenwasserstoff- und Wasser-Beschickungsmaterial3) Total weight percent of hydrocarbon and water feed
cn und Katalysator, gewonnen als Produkt und Wasser.cn and catalyst, obtained as product and water.
to 4) Die vereinigten Fraktionen der leichten Enden und schweren Endento 4) The combined fractions of light ends and heavy ends
co .co.
cn hatten ein H/C-Atomverhältnis von 1,524.cn had an H / C atomic ratio of 1.524.
σ 'σ '
*"·- 5) Die vereinigten Fraktionen der leichten Enden und schweren Enden cn* "· - 5) The combined fractions of light ends and heavy ends cn
Θ . .σιΘ . .σι
^j hatten ein H/C-Atomverhältnis von 1,644. ,^ j had an H / C atomic ratio of 1.644. ,
o°i 6) Die vereinigten Fraktionen der leichten Enden und schweren Endeno ° i 6) The combined fractions of light ends and heavy ends
hatten ein Atomverhältnis von 1,7.had an atomic ratio of 1.7.
K) N) COK) N) CO
Die Ergebnisse in Tabelle XX zeigen an, daß die Spaltung und Entschwefelung bei Versuchen auftritt, die in Abwesenheit eines aus einer äußeren Quelle zugefügten Katalysators durchgeführt werden, wie auch bei Versuchen, bei denen ein.Katalysator zugefügt wird. Jedoch vergrößert die Zugabe eines Katalysators aus einer äußeren Quelle die Ausbeuten an Gasen und leichten Enden stark, selbst nach einer sehr verkürzten Reaktionszeit. Die Zugabe einer Aktivators zu dem Katalysatorsystem verursacht eine Erhöhung sowohl in der absoluten Ausbeute der Gase und in dem Verhältnis der Ausbeuten an Gas-zu-Feststoffen. Die Verwendung von ausreichend Wasser, um eine Wasserdichte von mindestens 0,1 g pro ml zu ergeben, d.h. die Verwendung eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials und Wasser in solchen Anteilen, daß das Gewichtsverhältnis von Wasser—zu-Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial relativ hoch istj verursacht eine größere Ausbeute an Gasen und leichten Enden und eine stärkere Entschwefelung, als wenn das Gewichtsverhältnis von Wasser-zu-Kohlenwasserstoff relativ niedrig ist. Die Zugabe von 1-Hexan als Wasserstoffdonator zu der Reakti— onsmischung ergibt eine niedrigere Ausbeute an festem Produkt und eine erhöhte Ausbeute an leichten Enden.The results in Table XX indicate that cracking and desulfurization occurred in tests performed in the absence a catalyst added from an external source can be carried out, as well as in experiments in which a catalyst is added. However, the addition of a catalyst from an external source increases the yields of gases and light ends strong, even after a very shortened reaction time. The addition of an activator to the catalyst system causes an increase in both the absolute yield of the gases and in the ratio of the yields of gas to solids. The use of enough water to give a water density of at least 0.1 g per ml i.e. the Use of a hydrocarbon feedstock and water in proportions such that the weight ratio of Water-to-hydrocarbon feed relatively high istj causes a greater yield of gases and light Ends and a greater desulfurization than when the weight ratio of water-to-hydrocarbon is relatively low. The addition of 1-hexane as a hydrogen donor to the reactor Mixture gives a lower yield of solid product and an increased yield of light ends.
Im allgemeinen nimmt das Ausmaß der Entschwefelung zu, wenn die Reaktionstemperatur höher ist, wenn die Reaktionszeit in einem bestimmten Bereich liegt, wenn das Wasser—zu-Kohlenwasserstof f-Beschickungsmaterial-Gewichtsverhältnis höher ist und wenn ein Aktivator zu dem Katalysatorsystem zugegeben wird. Die Verwendung von Aktivatoren, selbst in Abwesenheit eines Katalysators, ergibt eine zufriedenstellende Entschwefelung.In general, the amount of desulfurization increases when the reaction temperature is higher when the reaction time is in a certain range when the water-to-hydrocarbon f-feed weight ratio is higher and when an activator is added to the catalyst system. The use of activators, even in the absence of a catalyst, gives satisfactory desulfurization.
Der Schwefel, der aus den Restölen entfernt wird, erscheint in den Produkten als elementarer Schwefel, wenn die Dichte mindestens 0,1 g pro ml beträgt, d.h., wenn ein relativ niedriges Kohlenwasserstoff-zu-Wasser-BeSchickungs-Gevichts— Verhältnis, wie 1:1, 1:2 und 1:3, verwendet vird. Wenn die Wasserdichte geringer ist als 0,1 g pro ml, d.h., wenn ein relativ hohes Kohlenwasserstoff-zu-Wasser-Gewichtsverhältnis, wie -1:J, verwendet wird, erscheint ein Teil des aus dem Koh-The sulfur that is removed from the residual oils appears in the products as elemental sulfur when the density is at least 0.1 g per ml, i.e. if a relatively low hydrocarbon-to-water feed weight Ratios such as 1: 1, 1: 2 and 1: 3 are used. When the water density is less than 0.1 g per ml, i.e. when a relatively high hydrocarbon-to-water weight ratio, like -1: J, is used, a part of the
5 0 9 8 5 0/07055 0 9 8 5 0/0705
lenwasserstoff-Beschickungsmaterial entfernten Schwefels in den Produkten als Schwefelwasserstoff.hydrogen feed removed sulfur in the products as hydrogen sulfide.
Im allgemeinen nimmt das Ausmaß der EntnetallisieriaTMi wenn das Wasser-zu-Kohlenwasserstoff-BeschickungsmateirjLal·- Gewichtsverhältnis etwas höher" ist, wenn ein Aktivator zum Katalysatorsystem zugegeben wird und wenn die Reaktionszeit in einem bestimmten Bereich liegt. Die Verwendung eines Activators selbst in Abwesenheit eines Katalysators ergibt eine zufriedenstellende Entmetallisierung.In general, the extent of EntnetallisieriaTMi increases when the water-to-hydrocarbon feedstock is Lal - Weight ratio is slightly higher "when using an activator Catalyst system is added and when the reaction time lies in a certain range. The use of an activator satisfactory demetallization results even in the absence of a catalyst.
Die Beispiele 172 bis 188 betreffen ansatzweise ablaufende Versuche in einem 3OO ml-Hastelloy-Legiensing C Magne-Drive— Autoklaven unter Verwendung von C—Vakuum—Resto1 und atmosphärischem Cyrus-Restöl. Die Eigenschaften dieser; Restöle sind in Tabelle X angegeben und mit dem Buchstabe® "BtT bezeichnet. Die Beispiele 172 bis 174 betreffen C-"^akuusm-Restol„ wohingegen die Beispiele 175 bis 188 atmosphärisches Cyras— Restöl betreffen. Die bei diesen Beispielen verwendeten Reaktionsbedingungen sind in Tabelle XXI angegeben. Alle Versuche werden bei 400°C (752°F) durchgeführt. Die Versuchsbedingungen sind in Tabelle XXII angegeben. Examples 172 to 188 relate to batch experiments in a 300 ml Hastelloy-Alloy C Magne-Drive autoclave using C vacuum residue and atmospheric Cyrus residue oil. The characteristics of this; Residual oils are given in Table X and denoted by the letter ® "B tT. Examples 172 to 174 relate to C -" ^ akuusm-Restol "whereas Examples 175 to 188 relate to atmospheric Cyras - residual oil. The reaction conditions used in these examples are given in Table XXI. All tests are performed at 400 ° C (752 ° F). The experimental conditions are given in Table XXII.
509850/Ö7ÖS509850 / Ö7ÖS
Beispiel Example
172
173
174
175
176
177
178172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186179
180
181
182
183
184
185
186
. 187. 187
188'188 '
Reak- Reaktionstions-
zeit^·) druck 2)Reaction reaction
time ^) pressure 2)
1
2
1
2
2
2
21
2
1
2
2
2
2
2
2
4
22
2
4th
2
. 2
2
1
1. 2
2
1
1
1
11
1
299(4250)
299(4250)
292(4150)
320(4550)299 (4250)
299 (4250)
292 (4150)
320 (4550)
309(4400)
312(4450)
302(4300)309 (4400)
312 (4450)
302 (4300)
288(4100)
250(3550)
309(4400)
306(4350)
306(4350)
299(4250)
306(4350)'
309(4400)288 (4100)
250 (3550)
309 (4400)
306 (4350)
306 (4350)
299 (4250)
306 (4350) '
309 (4400)
295(4200)'
295(4150)295 (4200) '
295 (4150)
Argon-ρ» druck ' Argon-ρ » pressure '
28,1 (400) 28,1 (400) 28,1 (400) 31,6 (450) 31,6 (450) 31,6 (450) 28,1 (400)400 (28.1) 400 (28.1) 400 (28.1) 450 (31.6) 450 (31.6) 450 (31.6) 400 (28.1)
2 8,1 (400) 28,1 (400) 28,1 (400) 28,1 (400) 24,6 (350) 28,1 (400) 28,1 (400) 28,1 (400)2 400 (8.1) 400 (28.1) 400 (28.1) 400 (28.1) 350 (24.6) 400 (28.1) 28.1 (400) 28.1 (400)
28,1 (400) . 28,1 (400)28.1 (400). 28.1 (400)
Öl-zu-Wasser- , Gewichtsver-' hältnis Oil-to-water, weight ratio
1:31: 3
1:31: 3
1:31: 3
1:3 ' .1: 3 '.
1:31: 3
1:31: 3
1:2.31: 2.3
1:2.31: 2.3
. . ·. 1:2.3.. 1:2.3 1:2.3 1:2.3 1:3 1:3 1:3. . ·. 1: 2.3 .. 1: 2.3 1: 2.3 1: 2.3 1: 3 1: 3 1: 3
1:3 1:21: 3 1: 2
zugefügtem'
Wasser 3'Amount of
added '
Water 3 '
. satorCatalysis,
. sator
gegebenem 7)
Katalysator ■• amount of too
given 7)
Catalyst ■
Rh, OsRh, Os
Rh, Os
r
CO Or 15,0,14
r
CO
708 70S
70 8
71C 71 C
70ξ 70 ξ
9Q9Q
90 8090 80
10 1110 11
RuRu
RuRu
RuRu
Ru + OsRu + Os
Ru + OsRu + Os
Ru Η« OsRu Η «Os
FeCl3 + FeCl3 +FeCl 3 + FeCl 3 +
0,120.12
0,12 0,12 ί ,12, 0,140.12 0.12 ί, 12, 0.14
0,12,0,140,12,0,14
MnO2 MnO2 MnO 2 MnO 2
0,1,0.05 ι/ 0,1,0.05 ι /
0,1,0/05 ^0,1,0 / 05 ^
Tabelle XXI (Fortsetzung) Bemerkungen Table XXI (continued) Comments
1) Stunden1 Hour
2) atü (psig)2) atü (psig)
3) g3) g
4) Zugegeben als RuCl3*1-3 H3O'4) Added as RuCl 3 * 1-3 H 3 O '
2 5) Zugegeben als OsCl3O H3O2 5) Added as OsCl 3 OH 3 O
Q0 δ) Zugegeben als RhCl3O HpOQ 0 δ) Added as RhCl 3 O HpO
ο 7) Die Menge an zugegebenem Katalysator ist in g ausgedrückt und in 'ο 7) The amount of catalyst added is expressed in g and in '
CS der gleichen Reihenfolge aufgeführt, wie die entsprechenden Kata- \o CS listed in the same order as the corresponding Kata- \ o
Q lysatoren angegeben sind. 'Q lysers are indicated. '
cn ..cn ..
8) Das Wasser enthielt ebenfalls 10 g Äthanol.8) The water also contained 10 g of ethanol.
9) Das Wasser enthielt ebenfalls 10 g 1-Hexen.9) The water also contained 10 g of 1-hexene.
10) Das Wasser enthielt ebenfalls 20 g Äthanol.10) The water also contained 20 g of ethanol.
11) Das Wasser enthielt ebenfalls 30 g Äthanol.11) The water also contained 30 g of ethanol.
ISO K) COISO K) CO
spielat
game
EndenEasy
end up
. Enden, Heaviness
. end up
stoffepest
fabrics
Bilanz3J Mass.
Balance 3Y
VDVD
OO
II.
οcn
ο
177
178.
179176
177
178.
179
6,449.9
6.4
83,9
33,3
44,533.0
83.9
33.3
44.5
9,3
11,8
28,312.0
9.3
11.8
28.3
• 99,8100.6
• 99.8
O
O
O
cncn
O
O
O
cn
7,04.6
7.0
21,326.9
21.3
K)cn
K)
COCO
Tabelle XXII (Fortsetzung) Table XXII (continued)
ot 1) Gewichts-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial.
οot 1)% by weight based on the hydrocarbon feed.
ο
co 2) Diese Vierte werden aus Analysen der vereinigten leichten und schwerenco 2) This fourth is made up of analyzes of the combined light and heavy
o Enden erhalten. ^0 o Ends preserved. ^ 0
ο 3) Gewichts-%, bezogen auf das Kohlenwasserstoff- und Wasser-Beschik- !ο 3)% by weight, based on the hydrocarbon and water supply!
o kungsmaterial und den Katalysator, gewonnen aus Produkt und Wasser. o cing material and the catalyst, obtained from the product and water.
NJ CaJNJ CaJ
Die Ergebnisse in Tabelle XXI zeigen, daß eine zufriedenstellende Entschwefslung und Entmetallisierung von C-Vakuum- und atmosphärischem Cyrus-Restölen erreicht wird. Die Spaltung des C-Vakuum-Restöls ergibt eine gewisse Bildung von Gasen und leichten Enden, aber nicht in dem Ausmaß, wie man es bei Teersandölen und bei Khafji und C-Atmosphären-Restölen feststellt.The results in Table XXI show that satisfactory desulfurization and demetallization of C vacuum and atmospheric residual Cyrus oils. The split of the C vacuum residual oil results in some formation of Gases and light ends, but not to the extent that tar sand oils and khafji and C-atmosphere residual oils do notices.
Spaltung des Cyrus-Atmosphären-Restöls tritt leichter auf als die Spaltung des C-Vakuum-Restöls, aber das Cyrus-Atmosphären-Restöl scheint feuerfester zu sein als die Khafji- oder C-Atmosphären-Restöle. Die Spaltung des Cyrus-Atmosphären-Restöls in Abwesenheit eines Katalysators, der von einer äußeren Quelle zugegeben wird, ergibt eine große Ausbeute an festen Produkten. Die Spaltung dieses Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials in Anwesenheit eines Ruthenium-Katalysators oder Rhodium-Osmium-Mischkatalysators, die aus einer äußeren Quelle zugegeben werden, ergibt eine Erhöhung in der Ausbeute an leichten Enden, aber die Ausbeute an Festprodukten wird nicht erniedrigt. Jedoch ergibt die Spaltung dieses Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials in Anwesenheit eines Eisen-Manganoder Ruthenium-Osmium-Mischkatalysators oder mit einem Wasserstoffdonator, wie Äthanol oder 1-Hexen, zugegeben zu dem Wasser-Lösungsmittel, eine niedrigere Ausbeute an Festprodukten und eine erhöhte Ausbeute an leichten Enden.Cleavage of the Cyrus atmospheric residual oil occurs more easily than the cleavage of the C vacuum residual oil, but the Cyrus atmospheric residual oil appears to be more refractory than the khafji or C-atmosphere residual oils. The splitting of the residual Cyrus atmospheric oil in the absence of a catalyst added from an external source gives a large yield of solids Products. The cracking of this hydrocarbon feed in the presence of a ruthenium catalyst or a rhodium-osmium mixed catalyst from an external source are added indicates an increase in the yield light ends, but the yield of solid products is not lowered. However, cracking results in this hydrocarbon feed in the presence of an iron-manganese or ruthenium-osmium mixed catalyst or with a hydrogen donor, such as ethanol or 1-hexene added to the water solvent, a lower yield of solid products and an increased yield of light ends.
Im Beispiel 189 wird die Denitrifikation von Kohlenwasserstoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Es wird ein 2-stündiger Ansatz in einem 300 ml-Hastelloy-Legierung B Magne-Dash-Autoklaven durchgeführt. In diesem Beispiel werden 15,7 g 1-Hexen mit 91,4 g Wasser, welches 1 ml (0,97 g) Parrol enthält, in Anwesenheit von 0,1 g löslichem RuCl3·1-3H2O-Katalysator bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F) und bei einem Reaktionsdruck von 237 atü {3380 psig) und einem Argon-Druck von 45,7 atü (650 psig) umgesetzt. Die Produkte umfassen Gase in einer Menge von 10,1 1 bei normaler Temperatur und bei normalem Druck und 14,3 g flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt Die Gasprodukte bestehen hauptsächlich aus ArgonExample 189 explains the denitrification of hydrocarbons by the process according to the invention. A 2-hour batch is carried out in a 300 ml Hastelloy alloy B Magne-Dash autoclave. In this example, 15.7 g of 1-hexene with 91.4 g of water, which contains 1 ml (0.97 g) of Parrol, in the presence of 0.1 g of soluble RuCl 3 · 1-3H 2 O catalyst at a Reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) and a reaction pressure of 237 atmospheres (3380 psig) and argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig). The products include gases in an amount of 10.1 liters at normal temperature and pressure and 14.3 g of liquid hydrocarbon product. The gas products mainly consist of argon
609850/0705609850/0705
und enthalten 6,56 Gewichts-% Kohlendioxyd und 1,13 Gewichts-% Methan. Die Menge an Hexan in dem Produkt macht 46,6 Gewichts-%, bezogen auf das 1-Hexan-Beschickungsmaterial aus. Das flüssige Kohlenwasserstoffprodukt enthält 888 ppm Stickstoff bei einer 93%-igen Entfernung des Stickstoffs aus dem Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial. and contain 6.56% by weight of carbon dioxide and 1.13% by weight Methane. The amount of hexane in the product is 46.6% by weight based on the 1-hexane feed. The liquid one Hydrocarbon product contains 888 ppm nitrogen at one 93% removal of nitrogen from the hydrocarbon feed.
Die Beispiele 190 bis 192 erläutern, daß der Katalysator des erfindungsgemäßen Verfahrens Stickstoff-beständig ist. Sie betreffen 4-stündige Ansätze in einem 300 ml-Hastelloy-Legierungs B Magne-Dash-Autoklaven. Bei jedem dieser Beispiele werden 12,8 g 1-Hexen mit 90 g Wasser bei einer Reaktionstemperatur von 35O°C (662°F) unter einem Argondruck von 45,7 atü (650 psig) und in Anwesenheit von 2,0g Siliciumdioxyd, welches 5 Gewichts-% Rutheniumkatalysator enthält, umgesetzt. Der Katalysator mit Träger wurde in Sauerstoff 4 Stunden bei 55O°C calciniert. Die Beispiele 190, 191 und 192 werden bei Reaktionsdrucken von 246, 246 bzw. 239 atü (3500, 35.00 bzw. 3400 psig) durchgeführt. Die Reaktionsmischung bei den Beispielen 191 und 192 enthält zusätzlich 1 ml (0,97 g) Pyrrol. Beispiel 192 wird unter identischen Bedingungen durchgeführt, wie sie in Beispiel 191 verwendet wurden. Zusätzlich wurde der gleiche Katalysator, wie er in Beispiel 191 verwendet wurde, in Beispiel 192 wiederverwendet. Die Ausbeuten an Hexan in den Beispielen 190, 191 und 192 betragen 16,6, 14,0 bzw. 13,9 Gewichts-%, bezogen au.f das 1-Hexen-Beschickungsmaterial. Innerhalb der üblichen experimentellen Fehlergrenzen zeigen diese Ausbeuten an, daß keine StickstoffVergiftung auftritt.Examples 190 to 192 illustrate that the catalyst of the process according to the invention is resistant to nitrogen. she concern 4-hour approaches in a 300 ml Hastelloy alloy B Magne-Dash autoclaves. In each of these examples, 12.8 g of 1-hexene are mixed with 90 g of water at one reaction temperature of 350 ° C (662 ° F) under an argon pressure of 45.7 atmospheres (650 psig) and in the presence of 2.0 grams of silica, which Contains 5% by weight ruthenium catalyst, implemented. The supported catalyst was in oxygen for 4 hours Calcined at 550 ° C. Examples 190, 191 and 192 are run at reaction pressures of 246, 246 and 239 atmospheres (3500, 35.00 and 3400 psig). The reaction mixture in Examples 191 and 192 additionally contains 1 ml (0.97 g) of pyrrole. Example 192 is carried out under conditions identical to those used in Example 191. Additionally was the same catalyst as used in example 191 is reused in example 192. The yields of hexane Examples 190, 191 and 192 are 16.6, 14.0 and 13.9 weight percent, respectively, based on the 1-hexene feedstock. Within the usual experimental margins of error, these yields indicate that there is no nitrogen poisoning occurs.
Die Beispiele 193 bis 202 betreffen semi-kontinuierliche Strömungsverfahren bei 400°C (752°F) von noch nicht destillierten Teersandölen bei einer Vielzahl von Bedingungen. Das in diesen Beispielen verwendete Strömungssystem ist in Fig. dargestellt. Um den Versuch in Gang zu setzen, werden inerte Kugeln mit einem Durchmesser von 0,3 2 cm (l/8 inch) aus feuerfester Tonerde oder unregelmäßig geformt Titanoxyd-StückeExamples 193-202 relate to semi-continuous 400 ° C (752 ° F) flow method of undistilled tar sand oils under a variety of conditions. That The flow system used in these examples is shown in FIG. In order to start the experiment, inert 0.3-2 cm (1/8 inch) diameter balls made of refractory Alumina or irregularly shaped pieces of titanium oxide
509850/0705509850/0705
mit 2 Gewichts-% Rutheniumkatalysator darauf abgeschieden, durch den oberen Teil 19 in einen 5 5 cm (21,5 inch) langen Värtikal-Hastelloy-Legierung C-Röhrenreaktor 16 mit einem Außendurchmesser von 2,5 cm (1 "inch) und einem Innendurchmesser von 0,63 cm (0,25 inch) gegeben. Der Deckel 19 wird dann geschlossen, und ein Brenner (der nicht gezeigt wird) wird um die Länge des Röhrenreaktors 16 gegeben. Der Röhrenreaktor 16 hat ein wirksames erwärmtes Gesamtvolumen von ungefähr 12 ml, und das Packmaterial besitzt ein wirksames erwärmtes Gesamtvolumen von ungefähr 6 ml. Somit verbleiben ungefähr 6 ml wirksamer erwärmter freier Raum in dem Röhrenreaktor 16.with 2% by weight ruthenium catalyst deposited thereon, through the top 19 into a 5.5 cm (21.5 inch) long Värtikal Hastelloy alloy C-tube reactor 16 having an outside diameter of 2.5 cm (1 "inch) and an inside diameter 0.25 inch (0.63 cm). The lid 19 is then closed, and a burner (not shown is) is given by the length of the tubular reactor 16. The tubular reactor 16 has an effective total heated volume of about 12 ml, and the packing material has a total effective heated volume of about 6 ml approximately 6 ml of effective heated free space in tubular reactor 16.
Alle Ventile, ausgenommen 53 und 61, werden geöffnet, und das Strömungssystem wird mit Argon oder Stickstoff gespült. Dann wird, wobei die Ventile 4, 5, 29, 37, 46, 53, 61 und geschlossen sind und das Annin-Ventil 82 so eingestellt ist, daß es Gas von dem Strömungssystem freigibt, wenn der gewünschte Druck in dem System überschritten wird, das Strömungssystem auf einen Druck im Bereich von ungefähr 70,3 atü (1000 psig) bis ungefähr 141 atü (2000 psig) gebracht, indem man Argon oder Stickstoff in das System durch das Ventil 80 und die Leitung 79 eintreten läßt;. Das Ventil 80 wird dann geschlossen. Anschließend wird der Druck des Strömungssystems auf den gewünschten Reaktionsdruck gebracht, indem man das Ventil 53 öffnet und Wasser durch die Haskel-Pumpe 50 und die Leitung 51 in den Wassertank 54 pumpt. Das Wasser dient dazu, das Gas in dem Strömungssystem weiter zu komprimieren und dabei den Druck in dem System zu erhöhen. Wenn ein größeres Wasservolumen als das Wasservolumen im Tank 51 erforderlich ist, um den Druck des Strömungssystems auf den gewünschten Wert zu erhöhen, dann wird das Ventil 61 geöffnet, und zusätzliches Wasser wird über die Leitung 60 in den Lagertank gepumpt. Wenn der Druck des Strömungssystems den gewünschten Druck erreicht, werden die Ventile 53 und 61 geschlossen. All valves except 53 and 61 are opened and the flow system is purged with argon or nitrogen. Then, with valves 4, 5, 29, 37, 46, 53, 61 and closed and Annin valve 82 set so that it releases gas from the flow system when the desired pressure in the system is exceeded, the flow system pressures in the range of about 70.3 atmospheres (1000 psig) to about 141 atmospheres (2000 psig) by argon or nitrogen is allowed to enter the system through valve 80 and line 79 ;. The valve 80 is then closed. Then the pressure of the flow system is brought to the desired reaction pressure by the Valve 53 opens and pumps water through the Haskel pump 50 and the line 51 into the water tank 54. The water serves to further compress the gas in the flow system, thereby increasing the pressure in the system. If a bigger one Volume of water than the volume of water in the tank 51 is required to bring the pressure of the flow system to the desired level To increase the value, valve 61 is opened and additional water is added via line 60 to the storage tank pumped. When the pressure of the flow system reaches the desired pressure, valves 53 and 61 are closed.
509850/0705509850/0705
Eine Ruska-Pumpe 1 wird verwendet, um die Kohlenwasserstoff-Fraktion und das Wasser in den Röhrenreaktor zu pumpen. Die Ruska-Purape 1 enthält zwei 250 ml-Trommeln (die nicht gezeigt sind), wobei die Kohlenwasserstoff-Fraktion in die eine Trommel und Wasser in die andere Trommel bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck gegeben werden. Nicht gezeigte Druckkolben im Inneren dieser Trommeln werden manuell gedreht, bis ' der Druck in jeder Trommel dem Druck des Strömungssystems entspricht. Wenn der Druck in den Trommeln und in dem Strömungssystem gleich ist, werden die Kontrollventile 4 und 5 geöffnet, damit die Kohlenwasserstoff-Fraktion und das Wasser aus den Trommeln durch die Leitungen 2 und 3 fließen kann. Zur gleichen Zeit wird das Ventil 72 geschlossen, um eine Strömung in der Leitung 70 zwischen den Stellen 12 und 78 zu vermeiden. Die Kohlenwasserstoff-Fraktion und die Wasserströme werden dann an der Stelle 10 bei Umgebungstemperatur und bei dem gewünschten Druck vereinigt und fließen durch die Leitung 11 und treten in den Boden 17 des Röhrenreaktors 16 ein. Die Reaktionsmischung strömt durch den Röhrenreaktor 16 und verläßt den Röhrenreaktor 16 durch den Seitenarm 24 an der Stelle 20 in der Wand des Röhrenreaktors 16. Die Stelle 20 ist 48,3 cm (19 inches) vom Boden 17 entfernt.A Ruska pump 1 is used to remove the hydrocarbon fraction and pump the water into the tubular reactor. The Ruska-Purape 1 contains two 250 ml drums (not shown are), with the hydrocarbon fraction in one drum and water in the other drum at ambient temperature and atmospheric pressure. Pressure pistons (not shown) inside these drums are rotated manually until ' the pressure in each drum is the pressure of the flow system is equivalent to. When the pressure in the drums and in the flow system are the same, the control valves 4 and 5 become opened to allow the hydrocarbon fraction and water from the drums to flow through lines 2 and 3. At the same time, valve 72 is closed to allow flow in line 70 between locations 12 and 78 to avoid. The hydrocarbon fraction and water streams are then at point 10 at ambient temperature and at the desired pressure they combine and flow through line 11 and enter the bottom 17 of the tubular reactor 16 a. The reaction mixture flows through the tubular reactor 16 and leaves the tubular reactor 16 through the side arm 24 at the point 20 in the wall of the tubular reactor 16. Die Location 20 is 19 inches from floor 17.
Wenn die Lösung durch den Röhrenreaktor 16 fließt, beginnt man mit dem Brenner den Röhrenreaktor 16 zu erwärmen. Während des Aufheizens des Röhrenreaktors 16, bis stationäre Zustandsbedingungen erreicht werden, sind die Ventile 26 und 34 geschlossen, und das Ventil 43 wird geöffnet, so daß die Mischung in dem Seitenarm 24 durch die Leitung 42 strömen kann und in den Lagertank 44 eintreten und dort gelagert werden kann. Nachdem stationäre Zustandsbedingungen erreicht sind, wird das Ventil 43 geschlossen,· und das Ventil 34 wird während der gewünschten Zeit geöffnet, so daß die Mischung in dem Seitenarm 24 durch die Leitung 33 strömen und in das Produktaufnahmegefäß 3 5 eintreten und darin gelagert werden kann. Nachdem das Produkt in dem Produktaufnahmegefäß 35 während die gewünschten Zeit gesammelt wurde, wird das Ventil 34 geschlossen, und das Ventil 26 wird geöffnet, so daß dieWhen the solution flows through tubular reactor 16, one begins to heat the tubular reactor 16 with the burner. During the heating of the tubular reactor 16 until steady state conditions are reached, the valves 26 and 34 are closed and the valve 43 is opened so that the mixture can flow in the side arm 24 through the conduit 42 and enter the storage tank 44 and be stored there can. After steady state conditions are reached, valve 43 is closed and valve 34 is closed during the desired time opened so that the mixture in the side arm 24 flow through the line 33 and into the Enter product receptacle 3 5 and can be stored therein. After the product in the product receiving vessel 35 while the desired time has been collected, valve 34 is closed and valve 26 is opened so that the
5098S0/07055098S0 / 0705
Mischung in dem Seitenarm 24 über die Leitung 25 strömen kann, in das Produktaufnahmegefaß 27 eintreten und dort während einer weiteren Zeit gelagert werden kann. Dann wird das Ventil 26 geschlossen.Mixture in the side arm 24 can flow via the line 25, enter the product receptacle 27 and there during can be stored for a further time. Then the valve 26 is closed.
Das Material in dem Seitenarm 24 ist eine Mischung aus gasförmigen und flüssigen Phasen. Wenn solche Mischungen in den Lagerungstank 44, das Produktaufnahmegefaß 35 oder das Produktaufnahmegefaß 2 7 eintreten, trennen sich die gasförmigen und flüssigen Phasen, und die Gase treten aus dem Lagertank 44, dem Produktaufnahmegefaß 35 und dem Produktaufnahmegefaß 27 üher die Leitungen 47, 38 bzw. 30 aus und werden über die Leitung 70 und das Annin-Ventil 82 in ein Lagerungsgefäß (das nicht gezeigt wird) geleitet.The material in the side arm 24 is a mixture of gaseous and liquid phases. When such mixtures are in the storage tank 44, product receptacle 35, or product receptacle 2 7 enter, the gaseous and liquid phases separate, and the gases exit the storage tank 44, the product receiving vessel 35 and the product receiving vessel 27 üher the lines 47, 38 and 30 and are transferred via the line 70 and the Annin valve 82 into a storage vessel (the not shown).
Wenn mehr als zwei Ansätze von Produkten gesammelt werden, wird das Ventil 29 und/oder das Ventil 37 geöffnet, um Produkt aus dem Produktaufnahmegefaß 27 und/oder 35 zu entfernen und um zu ermöglichen, daß das gleiche Produktaufnahmegefaß und/oder Produktaufnahmegefäße verwendet werden kann bzw. können, um zusätzliche Ansätze des Produktes zu sammeln.If more than two batches of product are collected, valve 29 and / or valve 37 is opened to allow product from the product receptacle 27 and / or 35 and to enable the same product receptacle and / or product receptacles can be used or can to collect additional approaches of the product.
Gegen Ende eines Versuchs - nachdem die gewünschte Anzahl von Produktansätzen gesammelt wurde — wird die Temperatur des Röhrenreaktors 16 auf Umgebungstemperatur erniedrigt, und das Strömungssystem wird entspannt, indem man das Ventil 84 in der Leitung 85 öffnet und in die Atmosphäre abbläst. Towards the end of an experiment - after the desired number of product batches has been collected - the temperature becomes of the tubular reactor 16 is lowered to ambient temperature, and the flow system is relaxed by opening the valve 84 opens in line 85 and blows off into the atmosphere.
Das Diaphragma 76 mißt den Druckunterschied längs der Länge des Röhrenreaktors 16. Durch die Leitung 74 strömt keine Lösung. The diaphragm 76 measures the pressure differential along its length of the tubular reactor 16. No solution flows through the line 74.
Das API-spezifische Gewicht der gesammelten flüssigen Produkte wird gemessen, und ihre Nickel-, Vanadium- und Eisen-Gehalte werden durch Röntgenfluoreszens bestimmt.The API specific gravity of the collected liquid products is measured and their nickel, vanadium and iron contents are determined by X-ray fluorescence.
S098SG/0705S098SG / 0705
Die Eigenschaften der noch nicht destillierten Teersandöl-Beschickungsmaterialien, die in den Beispielen 193 bis 202 verwendet wurden, sind in Tabelle X angegeben» Das Teersand— öl-Beschickungsmaterial enthielt 300 bis 500 ppm Eisen, und die Menge von 300 ppm wurde verwendet, um den Prozentgehalt an entferntem Eisen in dem Produkt zu bestimmen. Die Ver-Suchsbedingungen und die Eigenschaften der bei diesen Beispielen gebildeten Produkte sind in Tabelle XXIII aufgeführt. Die Flüssigkeits-Stunden-Raumgeschwindigkeit bzw. die stündliche Flüssigkeits-Raumgeschwindigkeit (LHSV) wurde berechnet, indem man die gesamte volumetrische Strömungsgeschwindigkeit in ml pro Stunde an Wasser- und Öl-Beschikkungsmaterial, das durch den Röhrenreaktor 16 fließt, durch den volumetrisch freien Raum in dem Röhrenreaktor 16, d.h. 6 ml, teilt.The properties of the tar sand oil feed materials not yet distilled, which were used in Examples 193-202 are given in Table X "The tar sand" oil feed contained 300 to 500 ppm iron, and the 300 ppm level was used to determine the percentage of iron removed in the product. The search conditions and the properties of the products formed in these examples are listed in Table XXIII. The liquid hourly space velocity or the liquid hourly space velocity (LHSV) was calculated, by calculating the total volumetric flow rate in ml per hour of water and oil feed material, flowing through tubular reactor 16, through the volumetric free space in tubular reactor 16, i. 6 ml, divides.
509850/0705509850/0705
-«a cn- «a cn
Reaktionsdruck 1) Reaction pressure 1)
LHSVLHSV
2)2)
Beisp. 193 Example 193
288 (4100)288 (4100)
1,0 1:31.0 1: 3
01-zu-Wasservo lumetrisches Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis feuerfe-Packmaterial ster Ton01-to-water servo lumetric flow rate ratio refractory packing material sterling sound
Anzahl der während dieser Zeit gesammelten .Produkte 3)Number of products collected during this time 3)
Beisp. 194 Example 194
284 (4040) '284 (4040) '
1:31: 3
Ru, TiRu, Ti
Beisp, 195 Ex, 195
285 (4060)285 (4060)
1,0 1:3 Bei sp.
196 1.0 1: 3 For sp.
196
287
(4080)287
(4080)
Bei sp,
197 At sp,
197
288
(4100)288
(4100)
2y0
• 1:22 y 0
• 1: 2
Bei sp, 198 At sp, 198
288 (4100)288 (4100)
2,0 1:22.0 1: 2
Beisp. 199 Ex. 199
288 (4100)288 (4100)
2,0 1:32.0 1: 3
API-spez. 21.0
.Gewicht 4)Product features
API-spec. 21.0
.Weight 4)
Nickel% distant
nickel
Vanadium% distant
Vanadium
Eisen% distant
iron
17,817.8
9797
5959
17,317.3
6969
5454
21,021.0
6464
7373
9999
Beisp. 200Example 200
2 (4100) 2,0 1:32 (4100) 2.0 1: 3
feuer- feuer- feuer- feuerfester fester fester fester Ru, Ti ' Ru, Ti Ton Ton · Ton - Tonfireproof fireproof solid solid solid Ru, Ti 'Ru, Ti tone tone · tone - tone
1 +1 +
Beisp. Beisp. 201 ■Ex. Ex. 201 ■
283 (4020) (4040) 2,0283 (4020) (4040) 2.0
1:31: 3
Ru, Ti Ru-, .TiRu, Ti Ru-, .Ti
Tabelle XXIII (Fortsetzung) Table XXIII (continued)
1) atü (psig)1) atü (psig)
2) Stunden ~1
en2) hours ~ 1
en
ο 3) Die Zahlen zeigen die 7- bis 8-stündige Zeitdauer nach dem Beginn,ο 3) The numbers show the 7 to 8 hour period after the start,
co während der das Beschickungsmaterial durch den Röhrenreaktor 16co during the feed material through the tubular reactor 16
Q fließt. ' 'Q flows. ''
O 4) °API ' *O 4) ° API '*
ro er« fsj horo er «fsj ho
Das in den Beispielen 193 bis 202 verwendete Strömungsverfahren kann ebenfalls so modifiziert werden, daß man eine Aufschlämmung aus Ölschieferfeststoffen, Teersandfeststoffen oder Kohlefeststoffen in einem Wasser enthaltenden fluiden Material durch den Röhrenreaktor 16 pumpt. In diesem Fall wären die Kugeln aus feuerfestem Aluminiumoxyd in dem Röhrenreaktor 16 nicht vorhanden, und der Lagerungstank 44 und die Produktaufnahmegefäße 27 und 35 könnten mit einer Vorrichtung, beispielsweise einem Sieb, ausgerüstet sein, um die verbrauchten Feststoffe von dem gewonnenen Kohlenwasserstoffprodukt zu trennen. Alternativ kann der Röhrenreaktor 16 mit Ölschiefer-, Teersand- oder Kohle-Feststoffen gepackt sein anstelle der in den Beispielen 193 bis 202 verwendeten Packmaterialien oder zusätzlich. Diese kontinuierliche und semi-kontinuierliche Strömungsbehandlung kann bei dem Gewinnungsverfahren selbst verwendet werden.The flow method used in Examples 193-202 can also be modified to produce a slurry of oil shale solids, tar sand solids or coal solids in a fluid containing water Pumps material through the tubular reactor 16. In this case, the refractory alumina balls would be in that Tubular reactor 16 does not exist, and storage tank 44 and product receptacles 27 and 35 could be equipped with a Apparatus, for example a sieve, may be equipped to remove the spent solids from the recovered hydrocarbon product to separate. Alternatively, tubular reactor 16 can be filled with oil shale, tar sand, or coal solids be packed instead of or in addition to the packing materials used in Examples 193 to 202. This continuous and semi-continuous flow treatment can be used in the recovery process itself.
Bei den Beispielen 203 bis 226 werden Kohle-Beschickungsmaterialien ansatzweise bei einer Vielzahl von Bedingungen verarbeitet. Diese Beispiele erläutern, daß Flüssigkeiten und Gase gewonnen werden und daß die gewonnenen Flüssigkeiten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gespalten und entschwefelt werden und daß die restliche feste Kohle entschwefelt wird. Sofern nicht anders angegeben, wurde in jedem Fall das folgende Verfahren verwendet. Das Kohle-Beschickungsmaterial, das Wasser enthaltende fluide Material und die Komponenten des Katalysatorsystems, sofern eines verwendet wurde, werden bei Umgebungstemperatur in einen 300 ml-Hastelloy-Legierung-C Magne-Drive-Autoklaven, mit dem ansatzweise gearbeitet wird, gegeben, und in dem Autoklaven wird die Reaktionsmischung vermischt. Die Komponenten des Katalysatorsystems werden als Lösungsmittel in dem Wasser enthaltenden fluiden Material oder als Feststoffe in Aufschlämmungen aus dem Wasser enthaltenden fluiden Material zugegeben. Sofern nicht anders angegeben, wird in jedem Beispiel ausreichend V/asser zugegeben, so daß bei der Reaktionstemperatur und bei dem Druck und demExamples 203-226 use coal feedstocks processed to some extent in a variety of conditions. These examples illustrate that liquids and Gases are obtained and that the liquids obtained are split and desulfurized in the process according to the invention and that the remaining solid coal is desulfurized. Unless otherwise stated, the the following procedures are used. The coal feedstock, the water-containing fluid material, and the components of the catalyst system, if used, are poured into a 300 ml Hastelloy alloy-C at ambient temperature Magne-Drive autoclave, which is used in batches, is added, and the reaction mixture is added to the autoclave mixed. The components of the catalyst system are used as solvents in the water-containing fluid material or as solids in slurries from the water fluid material added. Unless otherwise stated, sufficient v / ater is added in each example, so that at the reaction temperature and at the pressure and the
S098S0/0705S098S0 / 0705
verwendeten Reaktionsvolumen die Dichte des V/assers mindestens 0,1g pro ml beträgt.reaction volume used, the density of the water is at least 0.1 g per ml.
Der Autoklav wird mit einem inerten Gas, nämlich Argon, gespült und dann geschlossen. Dieses inerte Gas wird ebenfalls zugegeben, um den Druck in dem Reaktionssystem zu erhöhen. Der Anteil des Argons an dem Gesamtdruck bei Umgebungstemperatur wird als Argondruck bezeichnet.The autoclave is flushed with an inert gas, namely argon, and then closed. This inert gas is also added to increase the pressure in the reaction system. The proportion of argon in the total pressure at ambient temperature is called argon pressure.
Die Temperatur des Reaktionssystems wird dann auf den gewünschten Wert erhöht, und die dichte, fluide Phase, die Wasser enthält, bildet sich. Ungefähr 28 Minuten sind erforderlich, um den Autoklaven von Umgebungstemperatur auf 349 C (660 F) zu erwärmen. Ungefähr 6 Minuten sind erforderlich, um die Temperatur von 349°C (66O°P) auf 3 71°C (700°F) zu erhöhen. Ungefähr weitere 6 Minuten sind erforderlich, um die Temperatur von 371°C (700°F) auf 39.9°C (75O°F) zu erhöhen. Wenn die gewünschte Endtemperatur erreicht wird, wird die Temperatur während der gewünschten Zeit konstant gehalten. Diese konstante Endtemperatur "und die Zeitdauer bei dieser Temperatur werden als Reaktionstemperatur und Reaktionszeit definiert. Während der Reaktionszeit wird der Druck des Reaktionssystems, wenn die Umsetzung abläuft, erhöht. Der Druck zu Beginn der Reaktionszeit wird als Reaktionsdruck definiert.The temperature of the reaction system is then increased to the desired value, and the dense, fluid phase, which contains water, forms. It takes approximately 28 minutes to bring the autoclave from ambient temperature to 349 C (660 F) heat. It takes approximately 6 minutes to increase the temperature from 349 ° C (66O ° P) to 371 ° C (700 ° F). Approximately an additional 6 minutes are required to increase the temperature from 371 ° C (700 ° F) to 39.9 ° C (750 ° F). If the desired The final temperature is reached, the temperature is kept constant for the desired time. This constant End temperature "and the time at this temperature are defined as the reaction temperature and reaction time. During the reaction time, the pressure of the reaction system is increased as the reaction proceeds. The pressure at the beginning of the The reaction time is defined as the reaction pressure.
Nach der gewünschten Reaktionszeit bei der gewünschten Reaktionstemperatur und dem gewünschten Reaktionsdruck wird die Phase aus dem dichten, fluiden Material, das Wasser enthält, entspannt, indem man aus dem Reaktionsgefäß durch Entspannung abdestilliert, wobei Argon, Gasprodukte, Wasser und "Öl" entfernt werden und "Bitumen", ein fester Rückstand und Katalysator, sofern vorhanden, in dem Reaktionsgefäß zurückbleiben. Das "Öl" ist die flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktion, die bei oder unterhalb der Reaktionstemperatur siedet, und das "Bitumen" ist die flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktion, die über der Reaktionstemperatur siedet. Der feste Rückstand, der zurückbleibt, ist feste Kohle.After the desired reaction time at the desired reaction temperature and the desired reaction pressure is the Phase from the dense, fluid material, which contains water, relaxed by being released from the reaction vessel by relaxation distilled off, whereby argon, gas products, water and "oil" are removed and "bitumen", a solid residue and catalyst, if present, remain in the reaction vessel. The "oil" is the liquid hydrocarbon fraction that is present at or boiling below the reaction temperature, and the "bitumen" is the liquid hydrocarbon fraction which is above the reaction temperature boils. The solid residue that remains is solid coal.
S09850/0705S09850 / 0705
Das Argon, die Gasprodukte, das Wasser und das Öl werden in einem Druckkessel, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, aufgefangen. Das Argon und die Gasprodukte werden·entfernt, indem man den Druckkessel auf Zimmertemperatur erwärmt, und dann werden die Gasprodukte durch Massenspektroskopie, Gas— Chromatographie und Infrarotspektroskopie analysiert. Das Wasser und das Öl werden dann aus dem Druckkessel mit komprimiertem Gas herausgespült, und gelegentlich unter Erwärmen des Kessels. Dann werden das Wasser und das Öl durch Dekantieren getrennt. Das Öl wird auf seinen Schwefelgehalt untersucht, wobei man Röntgenfluoreszenz verwendet.The argon, the gas products, the water and the oil are stored in a pressure vessel that is cooled with liquid nitrogen, caught. The argon and the gas products are removed, by warming the pressure vessel to room temperature, and then the gas products are determined by mass spectroscopy, gas— Chromatography and infrared spectroscopy analyzed. The water and oil are then compressed from the pressure vessel with Gas flushed out, and occasionally heating the kettle. Then the water and oil are decanted by means of decanting separated. The oil is examined for sulfur content using X-ray fluorescence.
Das Bitumen, der feste Rückstand und der Katalysator, sofern vorhanden, werden aus dem Reaktionskessel mit Chloroform her— ausgewaschen, und das Bitumen löst sich in diesem Lösungsmittel. Der feste Rückstand und der Katalysator, sofern vorhanden, werden dann von der Lösung, die das Bitumen enthält, durch Filtration abgetrennt. Das Bitumen und die Feststoffe werden auf ihre Schwefelgehalte analysiert, wobei man das gleiche Verfahren wie bei der Öl-Analyse verwendet.The bitumen, the solid residue and the catalyst, if any, are extracted from the reaction vessel with chloroform. washed out, and the bitumen dissolves in this solvent. The solid residue and the catalyst, if any, are then separated from the solution containing the bitumen by filtration. The bitumen and the solids are analyzed for their sulfur content, whereby the same procedure as used for oil analysis.
Die Gewichte der verschiedenen Komponenten der zugegebenen und isolierten Fraktionen werden entweder direkt oder indirekt durch Unterschiede bei den verschiedenen Stufen während des Verfahrens bestimmt.The weights of the various components of the added and isolated fractions are given either directly or indirectly determined by differences in the various stages during the procedure.
Bei diesen Arbeiten v/urden drei Kohleproben verwendet. Die Proben werden in Form von Brocken erhalten, die gemahlen und gesiebt werden, wobei man Fraktionen mit unterschiedlichen Teilchengrößen erhält. Die Teilchengröße und die Feuchtigkeits- und Schwefel-Gehalte jeder Probe, die verwendet wird, sind in Tabelle XXIV angegeben. Die Proben A und B v/erden von der Commonwealth Edison Company erhalten, während die Probe C eine Illinois Mr. 6-Flöz-Kohle ist, die von Hydrocarbon Research Incorporated erhalten wird. Die Probe A ist eine sub-bituminöse Kohle, wogegen die Proben B und C stark flüchtige bituminöse Kohlen sind. Diese Proben werden.' unter einer Argonschicht aufbewahrt, bis sie verwendet warden.Three coal samples were used in this work. The samples are obtained in the form of chunks that have been ground and sieved to obtain fractions with different particle sizes. The particle size and the The moisture and sulfur contents of each sample used are given in Table XXIV. Samples A and B v / earth obtained from the Commonwealth Edison Company, while Sample C is an Illinois Mr. 6 seam coal produced by Hydrocarbon Research Incorporated. Sample A is a sub-bituminous coal, while Samples B and C are are highly volatile bituminous coals. These samples will be. ' kept under a blanket of argon until used.
6098S0/07056098S0 / 0705
Bei den Beispielen 203 bis 226 werden die Flüssigkeiten und Gase aus den Kohleproben, die in Tabelle XXIV aufgeführt sind, ansatzweise gewonnen, wobei man das oben beschriebene Verfahren verwendet. Diese Versuche werden in einem 3oO ml— Hastelloy—Legierung C Magne-Drive-Autoklaven durchgeführt. Die Versuchsbedingungen und die bei diesen Beispielen erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen XXV und XXVI ange-. geben. RuCl3'1-3HpO ist der Katalysator bei den Beispielen 203 bis 224, und NaOH ist der Katalysator bei den Beispielen 225 bis 226.'For Examples 203-226, the liquids and gases are batch recovered from the coal samples listed in Table XXIV using the procedure described above. These experiments are carried out in a 30 ml Hastelloy alloy C Magne-Drive autoclave. The test conditions and the results obtained in these examples are given in Tables XXV and XXVI. give. RuCl 3 '1-3HpO is the catalyst in Examples 203-224 and NaOH is the catalyst in Examples 225-226.'
In diesen Beispielen werden die flüssigen Kohlenwasserstoffprodukte entweder als Öle oder als Bitumina eingeteilt, abhängig davon, ob solche flüssigen Produkte aus dem Autokla- ■ ven bei der Entspannung des Autoklaven bei der verwendeten Versuchstemperatur durch Entspannung abdestilliert werden können. Öle sind solche flüssigen Produkte, die bei der Versuchstemperatur durch Entspannung abdestilliert werden können, wohingegen die Bitumina jene flüssigen Produkte sind, die im Autoklaven verbleiben.In these examples the liquid hydrocarbon products either as oils or as bitumens, depending on whether such liquid products from the autoclave ■ ven can be distilled off when the autoclave is depressurized at the test temperature used can. Oils are such liquid products that can be distilled off by relaxation at the test temperature, whereas the bitumens are those liquid products that remain in the autoclave.
Die in Tabelle XXVI aufgeführte Gewichts-Bilanz wird erhalten, indem man die Summe der Gewichte der gasförmigen, flüssigen und festen Produkte, die man gewinnt, und der Gewichte von Wasser, Argon und Katalysator, sofern verwendet, die gewonnen werden, durch die Summe der Gewichte an. Kohle, Wasser, Co-Lösungsrtiittel, Argon und Katalysator, sofern verwendet, die zu Anfang in den Autoklaven gegeben wurden, teilt. Die Produktzusammensetzung wird als Gewichts-% auf feuchtigkeitsfreier Grundlage angegeben, und sie wird berechnet, indem man das Gewicht des besonderen Produktes in g durch den Unterschied zwischen dem Gewicht des Kohle-Beschickungsmaterials in g und seinem Feuchtigkeitsgehalt in g teilt. Der Prozentgehalt an Kohleumwandlung beträgt 100 minus dem Gewichts-% an gewonnenem Feststoff.The weight balance shown in Table XXVI is obtained by adding the sum of the weights of the gaseous, liquid and solid products to be won and the weights of water, argon and catalyst, if used, which are obtained by the sum of the weights. Money, Water, co-solvent, argon and catalyst, if used, which were initially placed in the autoclave divides. The product composition is expressed as% by weight to be moisture-free And it is calculated by dividing the weight of the particular product in grams through the Difference between the weight of the coal feed in grams and its moisture content in grams. Of the Percentage of coal conversion is 100 minus the weight% of recovered solids.
6098S0/070S6098S0 / 070S
Die Ergebnisse von Tabelle XXVI erläutern, daß eine im wesentlichen
vollständige Umwandlung der Kohlefeststoffe bei
der bituminösen und sub-bituminösen Kohle auftritt, wenn man
das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. In all'den Fällen, bei denen der Schwefelgehalt der Produkte bestimmt wurde,
findet auch eine im wesentlichen vollständige Entschwefelung statt. Die Verwendung eines Katalysators bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren bei den Beispielen 218 bis 226 ergibt eine Erhöhung in der Bildung der Ölfraktion, bezogen auf die Gas-
und Bitumen-Fraktionen.The results of Table XXVI illustrate that essentially complete conversion of the carbon solids occurs
bituminous and sub-bituminous coal occurs when using the method of the invention. In all cases in which the sulfur content of the products has been determined,
there is also essentially complete desulfurization. The use of a catalyst in the process according to the invention in Examples 218 to 226 results in an increase in the formation of the oil fraction, based on the gas and bitumen fractions.
Die Ergebnisse der Beispiele 211, 212 und 214 zeigen, daß
das organische Co-Lösungsmittel keinen Beitrag zu der Menge
an gewonnenem Festprodukt leistet. Die Menge an Festprodukt, die nach der Bearbeitung bei den Bedingungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens verbleibt, ist ein gutes Maß für das Ausmaß der Umwandlung von fester Kohle zu Gas- und flüssigen
Produkten, selbst in Anwesenheit eines Co-Lösungsmittels. Im allgemeinen nimmt das Ausmaß der Kohleumwandlung stark zu,
wenn ein gesättigtes nicht-aromatisches Öl oder Biphenyl als Co-Lösungsmittel verwendet werden. Es wurden keine Versuche
durchgeführt, um zwischen dem Anteil des Kohle-Beschickungsmaterials und dem des Co-Lösungsmittels an den Ausbeuten an
Gas und flüssigen Produkten zu unterscheiden, wenn ein Co-Lösungsmittel verwendet wird.The results of Examples 211, 212 and 214 show that
the organic co-solvent does not contribute to the amount
on recovered solid product. The amount of solid product that remains after processing under the conditions of the process of the invention is a good measure of the extent to which solid coal is converted to gas and liquid
Products, even in the presence of a co-solvent. In general, the extent of coal conversion increases sharply,
when a saturated non-aromatic oil or biphenyl is used as a co-solvent. There were no attempts
carried out to distinguish between the proportion of the coal feed and that of the co-solvent in the yields
Distinguish gas and liquid products when a co-solvent is used.
S098S0/070SS098S0 / 070S
probemoney
sample
Teilchengröße Λ)
Particle size
gehalt 2> Moisture
salary 2 >
gehalt 3)sulfur
salary 3)
1) mm (mesh)1) mm (mesh)
2) Gewichts-%2)% by weight
3) Gewichts-%, auf feuchtigkeitsfreier Basis3)% by weight, on a moisture-free basis
4) vorgetrocknet4) pre-dried
S098S0/0705S098S0 / 0705
scielMay be-
sciel
probel)',Coal
probel) ',
temperaturReaction p)
temperature
onszeit^Reacti
onszeit ^
druck 4'Reaction
print 4 '
druck 4)argon
pressure 4)
206205
206
CC.
C.
400 (75.2)365 (689)
400 (75.2)
313(4450)260 (3700)
313 (4450)
28,1(400)31.7 (450)
28.1 (400)
209208
209
CC.
C.
400(752)400 (752)
400 (752)
22
2
. 17,6(250)■ 17.6 (250)
. 17.6 (250)
ZugegebeneGranted
Zugeg. Zugeg. Kohle-zu- Co- Kataly-Wasser-Lösmrsator-Gew.Verh. Menqe^'menge Admitted Admitted Coal-to-Co- catalyst-water-solvent- weight ratio. Quantity ^ 'quantity
9090
90 15090 150
9090
85 10085 100
9090
9090
9090
9090
9090
90:90:
ρ· O cnρ · O cn
Tabelle XXV (Fortsetzung) Table XXV (continued)
spielat
game
probeD'.Money-
probeD '.
temperaturResponse S-ρ ^
temperature
onszeit^Reacti
onszeit ^
druck 4'Reaction
print 4 '
druck 4). argon
pressure 4)
Wassermenqe ^Granted _.
Amount of water ^
Wasser-
Gew.Verh*Coal-to-
Water-
Weight ratio *
Co- ··
Lösnur-
Menqe^'Admitted
Co- ··
Solver
Menqe ^ '
Katalyr-
sator-
menge ^)Added.
Catalysis
sator
quantity ^)
coο
co
0,150.15
0.15
cn
O 00
cn
O
221220 11
221
CA.
C.
400 (752)400 (752)
400 (752)
22
2
309 (4400)295 (4200)
309 (4400)
17,6(250)■ 17.6 (250)
17.6 (250)
9088.7
90
0,560.56
0.56
0,5 'O1 N3
0.5 'O 1
Tabelle XXV (Fortsetzung) Table XXV (continued)
1) Die Proben entsprechen den Buchstaben, wie sie in Tabelle XXIV angegeben sind.1) The samples correspond to the letters given in Table XXIV.
2) °C (0P)2) ° C ( 0 P)
3) Stunden3 hours
4) atü (psig)4) atü (psig)
5) g5) g
6) Methylalkohol wird als Co-Lösungsmittel verwendet.6) Methyl alcohol is used as a co-solvent.
cn 7) Biphenyl wird als Co-Lösungsmittel verwendet.cn 7) Biphenyl is used as a co-solvent.
to 8) Das Co-Lösungsmittel ist ein höchgesättigtes, mit Lösungsmittel extrahiertes Grundöl,to 8) The co-solvent is a highly saturated solvent-extracted base oil,
oo welches keinen Schwefel enthält, 4,5 Gewichts-% aromatische Kohlenstoffatome undoo which does not contain sulfur, 4.5% by weight of aromatic carbon atoms and
cn 33,7 Gewichts-% naphthenische Kohlenstoffatome enthält und ein API-spezifischescn contains 33.7% by weight naphthenic carbon atoms and is API-specific
O Gewicht von 32,1° und eine Dichte von 0,863 g pro ml besitzt. 'O has a weight of 32.1 ° and a density of 0.863 g per ml. '
O 9) Das Co-Lösungsmittel ist ein hochgesättigtes, hydroraffiniertes Weißöl, welches OO 9) The co-solvent is a highly saturated, hydro-refined white oil which is O
*4 keinen Schwefel, keine aromatischen Kohlenstoffatome und 44,3 Gewichts-% ro * 4 no sulfur, no aromatic carbon atoms and 44.3% by weight ro
Ό naphthenische Kohlenstoffatome enthält und ein API-spezifisches Gewicht von ι m 28,2° und eine Dichte von 0,833 g pro ml besitzt.Ό contains naphthenic carbon atoms and has an API-specific weight of ι m 28.2 ° and a density of 0.833 g per ml.
10) Das Co-Lösungsmittel ist dekantiertes Öl, ein aromatisches Abfallprodukt, das aus der katalytischen Spaltung von Cyclonen entfernt wird, und es enthält 3,5 Gew.-% Schwefel und 51 Gew.-% aromatische Kohlenstoffatome und besitzt ein API-spezifisches Gewicht von 1,8°. ·10) The co-solvent is decanted oil, an aromatic waste product that comes from the catalytic cleavage of cyclones is removed, and it contains 3.5 wt .-% Sulfur and 51% by weight of aromatic carbon atoms and is API-specific Weight of 1.8 °. ·
11) Zusätzlich werden 1,2 g 85-gewichtsprozentiger Phosphorsäure in Wasser zugegeben.11) In addition, 1.2 g of 85 percent strength by weight phosphoric acid in water are added.
12) Des Katalysatorsystem enthielt zusätzlich 0,10 g IrCl-, -1-3H-O als Katalysator und 0,3 g Natriumcarbonat als Aktivator.12) The catalyst system also contained 0.10 g of IrCl-, -1-3H-O as catalyst and 0.3 g sodium carbonate as an activator.
13) Das Katalysatorsystem enthielt zusätzlich 0,30 g Natriumcarbonat als Aktivator.13) The catalyst system also contained 0.30 g of sodium carbonate as an activator.
Ca) Ca)Ca) Ca)
Gew.-Weight
1) 2) ^ Koh- 3)1) 2) ^ Koh- 3)
Produktzusammensetzung Produjctzusammensetzung Ie-Um- Schwefelgehalt Ge- Product Composition Product Composition Ie-Um- Sulfur Content
Bei- .. 4) .. a ) wand- wichts-At- .. 4) .. a) wall weight
spiel Gas 01 Bitumen Feststoff Sas 01 Bitumen feststoff lung Öl Bitumen Feststoff bilanzgame gas 01 bitumen solid Sas 01 bitumen solid oil bitumen solid balance
cn 203 5>2 4*3 3»6 · 26,3. 13 11 9,3 68 32 - — - 103,4 cn 203 5 > 2 4 * 3 3 »6 · 26.3. 13 11 9.3 68 32 - - - 103.4
S 204 3'2 4'5 2'6 34T3' .?,i 10 5,8 76 24. - - 24 . 101,2,S 204 3 ' 2 4 ' 5 2 ' 6 34 T 3 ' .?, I 10 5.8 76 24. - - 24. 101.2,
» 205 7,4 1,3 7,7 36,2 ' t 4.5 · 2,7 ' 16»205 7.4 1.3 7.7 36.2 ' t 4.5 · 2.7 ' 16
O 206 3,6 6,0 1,7 34,9 7,4 12 . 3,5 72 28 .- - 2/8 105,1O 206 3.6 6.0 1.7 34.9 7.4 12. 3.5 72 28 .- - 2/8 105.1
O 207 6,9 5,4 0,6 37,0 - - - 76 24 - - - 100,9O 207 6.9 5.4 0.6 37.0 - - - 76 24 - - - 100.9
O 208 I1I 5,6 0,6 14,0 5,7 . 29 3,1 72 28 3,1 - 2,2 101,5O 208 I 1 I 5.6 0.6 14.0 5.7 . 29 3.1 72 28 3.1 - 2.2 101.5
6X1 209 - 19,1 1,1 13,6 - - 6X1 209 - 19.1 1.1 13.6 - -
210- 13,4 33,8 4,4 11,9 - - · . - 61 39 - - 2,2 . " 98,9210-13.4 33.8 4.4 11.9 - - ·. - 61 39 - - 2.2. "98.9
211 ■ 1,4 36,8 2,4 0 - - - 0 0 - - - 102,4211 ■ 1.4 36.8 2.4 0 - - - 0 0 - - - 102.4
212 3,3 13,2 20,4 0 - -._ 0 0-- - 101,4212 3.3 13.2 20.4 0 - -._ 0 0-- - 101.4
213 3,3 18,9 3,9 12,1 · - - - . 62 38 - - 2,2 213 3.3 18.9 3.9 12.1 · - - -. 62 38 - - 2.2
214 0,9 18,8 12,4 . 0 " - - ' - V 0 - - - 102,0214 0.9 18.8 12.4 . 0 "- - '- V 0 - - - 102.0
215 0,6 22 9 0,9 - - < - 0 0 - - - 106,0215 0.6 22 9 0.9 - - < - 0 0 - - - 106.0
216 1,0 18,8 4,8 15,2 ^ - - ' 78 22 · ·-. - - ' 99,5216 1.0 18.8 4.8 15.2 ^ - - '78 22 · · -. - - '99.5
217 2,3 41,6 4,0 15,6. - · . - 86 14 -. · - - . lOl'o 217 2.3 41.6 4.0 15.6. - ·. - 86 14 -. · - -. lOl'o
spielat
game
1 ·> rt Remarks
1 ·> rt
6,215th
6.2
% Koh- 3)
Ie-Um- SchwefelgehaltWeight -
% Koh- 3)
Ie-Um- sulfur content
7867
78
22 1,033
22 1.0
219 ■ 218
219
2'6 3.6
2 ' 6
2,11.6
2.1
Produktzusammensetzung1) 2)
Product composition
5,89
5.8
Bitumen !feststoff ' lunq Öl' : . χ wall- - "-—-""
Bitumen! Solid ' lunq oil':
I
Ge ·. s
I.
Ge
2,86.0
2.8
,7, 7
, 7
7,81.8
7.8
7775
77
2325th
23
bilanzweight
balance sheet
ο
tocn
ο
to
222 .221
222.
9,47.5
9.4
0,92.2
0.9
3526th
35
1915-
19th
98,9 -101.7
98.9 -
CrtCrt
3,80.9
3.8
1,8·4.5
1.8
3736
37
100,999.1
100.9
cn iro
cn
2) Gewichts-%, bezogen auf das Kohle-Beschickungsmaterial, auf .feuchtigkeitsfreier Grundlage.2)% by weight, based on the coal feed material, on a moisture-free basis.
3) Gewichts-%, bezogen-auf''die besondere Produktfraktion, auf feuchtigkeitsfreier Grundlage.3)% by weight, based on the particular product fraction, on a moisture-free basis.
4) einschließlich des Katalysators, sofern vorhanden. ' :4) including the catalytic converter, if present. ':
- Ill -- Ill -
Die obigen Beispiele sollten das erfindungsgemäße Verfahren erläutern, ohne es zu beschränken. Die verschiedenen Komponenten' des Katalysatorsystems bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzen nicht genau die gleiche Wirksamkeit. Die beste Auswahl dieser Komponenten und ihre Konzentrationen und der anderen Reaktionsbedingungen hängt von dem besonderen kohlenstoffhaltigen Material, das verarbeitet werden soll, ab.The above examples are intended to illustrate the process according to the invention without restricting it. The different components' of the catalyst system in the process according to the invention do not have exactly the same effectiveness. The best Selection of these components and their concentrations and the other reaction conditions depend on the particular carbonaceous material to be processed.
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