DE2531814B2 - Katalysator zur Isomerisation von Kohlenwasserstoffen - Google Patents
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Description
15
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25
40
45
50
wi
Die Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator der t,r>
im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Galtung. Sie hat auch ein Verfahren zur Herstellung des
rs zum Gs"sr!Star!d
Es ist bereits eine Vielzahl von Isomerisationskatalysatoren unterschiedlichster Zusammensetzung bekannt
Im allgemeinen bestehen die Katalysatoren aus einem oder mehreren Metallen, welche auf einem Träger
abgelagert sind, beispielsweise Tonerde, einem Aluminiumsilikat oder einem Gemisch davon. Bei den
abgelagerten Metallen handelt es sich beispielsweise um ein Edelmetall, insbesondere Platin, dem Zinn, Nickel,
Germanium, Rhenium, Blei oder ein Metall der Gruppen
IB, HB, VB, VIIB, III oder IV des Periodensystems der Elemente zugesetzt ist Weiterhin wird ein FRIEDEL/
CRAFTS-Metallhalogenid, wie beispielsweise Alunfaiiumtrichlorid,
zugegeben.
Diese Katalysatoren können auf mehr oder weniger verschiedene Art und Weise hergestellt werden. So ist
es beispielsweise bekannt, bei der Herstellung eines Tonerde, Platin und Aluminiumtrichlorid aufweisenden
Katalysators so vorzugehen, daß man zunächst das Platin durch übliches Imprägnieren auf der Tonerde
ablagert, worauf eine Kalzinierung erfolgt und anschließend mit Wasserstoff reduziert wird. Dann wird eine
Behandlung mit wasserfreiem Aluminiumtrichlorid vorgenommen, und zwar in der Wärme und unter
Wasserstoffdruck. Schließlich wird der Katalysator in einer Stickstoffatmosphäre auf eine Temperatur in der
Nähe von400°C erwärmt (DE-AS 22 11 863).
Bei der Herstellung eines Katalysators mit einem Träger aus Tonerde, auf welchem Platin, Rhenium oder
Germanium, und Aluminiumtrichlorid abgelagert sind, geht man so vor, daß zunächst die Metalle durch
Imprägnieren auf dem Träger abgelagert werden. Wurde Platin und Germanium abgelagert, dann schließt
sich eine Einstellung des Chlorgehaltes in der Wärme an, und zwar mit Hilfe eines Wasserdampf/Chlorwasserstoff-Gemisches,
worauf eine Kalzinierung und eine Reduktion mit Wasserstoff vorgenommen werden. Wurden Platin und Rhenium abgelagert, dann wird
sofort getrocknet, kalziniert und reduziert. In beiden Fällen folgt dann eine Behandlung mit Aluminiumtrichlorid
unter Wasserstoffdruck, wie bei den vorstehend geschilderten Verfahren (FR-PS 21 75 524).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Katalysatoren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs
angegebenen Gattung zu schaffen, welche sehr gute Aktivitäten und Selektivitäten aufweisen. Diese Aufgabe
ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den restlichen Ansprüchen zu entnehmen.
Im vorliegenden Zusammenhang sind als Platinmetalle die Metalle: Ruthenium, Rhodium, Palladium,
Osmium, Iridium und Platin zu verstehen. Vorzugsweise wird Platin verwendet. Mit Vorteil weist der erfindungsgemäße
Katalysator einen Platinmetallgehalt zwischen 0,02 und 2,2, vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,75
Gew.-% (bezogen auf das Trägergewicht) auf.
Neben dem bzw. den Platinmetallen, insbesondere Platin, wird vorzugsweise mindestens eines der Metalle:
Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium, Dysprosium und Yttrium abgelagert, und zwar
vorteilhafterweise in einer solchen Menge, daß der Katalysator einen Gehalt zwischen 0,005 und 5,7,
vorzugsweise zwischen 0,01 und 3,2 Gew.-% (bezogen auf das Trägergewicht) an dem jeweiligen Element bzw.
Elementengemisch aufweist.
Als gebundenes Halogen liegt vorteilhafterweise Chlor vor, und zwar sollte der Gehalt an gebundenem
Halogen bzw. Chlor zwischen 0.1 und 5.7. vorzugsweise
zwischen 0,4 und 1,7 Gew.-% (bezogen auf das Trägergewicht) liegen.
Zusätzlich ist auf den Träger mindestens ein Metallhalogenid aufgebracht, und zwar insbesondere
eines oder mehrere der Metallhalogenide: Aluminium- s trichlorid, Aluminiumtribromid, Ferrichlorid, Ferribromid,
Berylliumdichlorid und Zinkdiclilorid
Der Halogengesamtgehalt des erfindungsgemäßen Katalysators liegt mit Vorteil zwischen 0,5 und 15,
vorzugsweise zwischen 1 und 10 Gew.-% (bezogen auf iü
das Katalysatorgesamtgewicht).
Als Träger dient ein feuerfestes, mineralisches Oxyd oder ein Gemisch solcher Oxyde, insbesondere Tonerde,
ein Aluminiumsilikat, Kieselerde, Zirkonerde, Thoriumoxyd, Magnesia, Galliumoxyd, Titanoxyd, Boroxyd oder
ein Gemisch dieser Oxyde. Sehr gute Ergebnisse lassen sich mit Tonerde als Träger erzielen, welche eine
spezifische Oberfläche zwischen 15 und 350, vorzugsweise zwischen 100 und 350 m2/g und ein spezifisches
Porenvolumen größer ais 0,1 cnrVg sowie saure Steilen
aufweist
Die Metalle werden auf den Träger auf bekannte Art und Weise abgelagert, beispielsweise durch Imprägnieren
mit Lösungen, welche Anionen oder Kationen der Metalle enthalten. Die Ablagerungen können in
beliebiger Reihenfolge erfolgen, und zwar kann man das oder die Lanthanide und/oder Yttrium einerseits sowie
das oder die Platinmetalle andererseits simultan oder nacheinander ablagern. Vorteilhafterweise erfolgt jedoch
die Ablagerung des bzw. der Platinmetalle zuletzt, m
atso mit der letzten Imprägnierlösung, was jedoch nicht die gemeinsame Ablagerung der Metalle auf dem
Träger ausschließt Die bevorzugten Elemente Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium
und Dysprosium können zusammen oder geson- j5 dert abgelagert werden. Im ersten Fall kann die
Imprägnierlösung diese Elemente mit den Gehalten eines natürlichen Gemisches, beispielsweise Oxydgemisches,
enthalten.
Die Azidität des Trägers kann im Laute der 4« verschiedenen Imprägnierungen modifiziert werden,
insbesondere durch Behandlung mit einer sauren Lösung, beispielsweise einer Salzsäurelösung, bevor das
bzw. die Platinmetalle abgelagert werden. Damit wird die Kraft der sauren Stellen des Trägers erhöht. Der
saure bzw. schwachsaure Charakter im Sinne von BRÖNSTED oder aber im Sinne von LEWIS kann auf
bekannte Art und Weise gemessen werden (HUGHES, WHITE AND WHITE, Journal of Catalysis, 1970, Band
16, Seiten 58 bis 64· TANAKA AND AGAZAWA, Journal of Catalysis, 1970, Band 16, Seiten 157 bis 163).
Nach jeder Ablagerung eines Lanthanids und/oder von Yttrium kann getrocknet und ggf. bei einer
Temperatur zwischen 400 und 700, vorzugsweise zwischen 500 und 6000C kalziniert werden. Nach der v,
Ablagerung eines oder mehrerer Platinmetalle kann bei einer Temperatur kalziniert werden, die vorzugsweise
unterhalb 550° C liegt.
Nach der Ablagerung der verschiedenen Metalle sollte der Träger die oben angegebenen Gehalte an bo
Platinmetall, Lanthanid und/oder Yttrium sowie gebundenem Halogen aufweisen, nämlich:
a) einen Platinmetallgehalt zwischen 0,02 und 2,2, vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,75 Gew.-% m
(bezogen auf das Trägergewicht). Solche Gehalte werden üblicherweise bei Katalysatoren zur Umwandlung
von Kohlenwasserstoffen angewendet.
Zur Erzielung zufriedenstellender katalytischer Eigenschaften soll der Platinmetallgehalt voi7ugsweise
über 0,10 Gew.-% liegen, während aus Kostengründen ein Gehalt von 0,75 Gew.-% nicht
überschritten werden sollte, obwohl höhere Gehalte bis zu 22 Gew.-% auch geeignet sind.
b) einen Gehalt zwischen 0,005 und 5,7, vorzugsweise zwischen 0,01 und 3,2 Gew.-% (bezogen auf das
Trägergewicht) an mindestens einem Lanthanid (vorzugsweise: Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym,
Samarium, Gadolinium, Dysprosium) und/oder
Yttrium. Unterhalb eines Gehaltes von 0,005 Gew.-% ist die gegenüber einem nur Platin
enthaltenden Katalysator erzielbare Verbesserung kaum merklich. Auch ist es nicht interessant, einen
Gehalt von 5,7 Gew.-% zu überschreiten. Es hat sich gezeigt, daß Gehalte zwischen 0,01 und 3,2
Gew.-% am wirksamsten sind.
c) einen Halogengehalt zwischen 0,1 und 5,5, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,7 Gew.-% (bezogen auf
das Trägergewicht). Dieses Halogen ist mit den den Träger bildenden Elementen und/oder mit den
nach der bnprägnierbehandlung auf den Träger abgelagerten Elementen verbunden, so daß es im
vorliegenden Zusammenhang als gebundenes Halogen bezeichnet wird.
Nach Ablagerung aller dieser Elemente auf dem Träger erfolgt die Metallhalogenidbehandlung unter
Verwendung von Aluminiumtrichlorid, Aluminiumtribromid, Ferrichlorid, Ferribromid, Berylliumdichlorid,
Zinkdichlorid oder eines Gemisches dieser Verbindungen, wobei jedoch die Verwendung von Aluminiumtrichlorid
bevorzugt ist
Diese Behandlung kann auf bekannte Art und Weise geschehen, beispielsweise kann das Aluminiumtrichlorid
aufsublimiert werden, und zwar bei einer Temperatur zwischen etwa 190 und 700, vorzugsweise zwischen 200
und 60O0C, bei Atmosphärendruck oder erhöhtem
Druck in Gegenwart von verdünnenden Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, einem Inertgas, leichten
Paraffinkohlenwasserstoffen. Die Imprägnierung kann diskontinuierlich erfolgen, jedoch werden vorzugsweise
Dämpfe von sublimiertem Aluminiumtrichlorid in Mischung mit einem Gas, wie beispielsweise Wasserstoff,
über den Katalysator geleitet. Das Halogenid fixiert sich auf dem so behandelten Produkt. Um jedoch
dasjenige Halogenid zu entfernen, welches nicht reagiert hat, wird der Katalysator auf eine Temperatur
oberhalb 3000C erhitzt und mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, gespült. Dauer und Temperatur
dieser letzten Behandlung hängen naturgemäß von dem auf dem Katalysator nicht fixierten Überschuß an
Metallhalogenid ab. Im allgemeinen reicht es zur Entfernung des Metallhalogenidüberschusses aus, bei
einer Temperatur zwischen 400 und 700, vorzugsweise zwischen 500 und 6000C, zu arbeiten, wobei die
Spülungsdauer zwischen 1 und 48 h liegt.
Der Gewichtszuwachs der Katalysatoren nach dieser Behandlung hängt von denjenigen Bedingungen ab,
unter denen die Behandlung erfolgte. Er liegt in der Regel unter 90%. Bei Versuchen wurden Gewichtszunahmen
zwischen etwa 4 und 8%, vor allem im Bereich zwischen 6 und 7%, festgestellt, jedoch sind auch andere
Prozentsätze möglich.
Der schließlich erhaltene Katalysator weist einen Halogengesamtgehalt zwischen 0,5 und 15, vorzugsweise
zwischen 1 und 10 Gew.-% (bezogen auf das
Katalysatorgesamtgewicht) auf. Davon ist sowohl das oben erläuterte, gebundene Halogen als auch das von
der Metallhalogenidbehandlung stammende Halogen umfaßt
Vorzugsweise wird vor der Metallhalogenidbehandlung der Gehalt des zu behandelnden Produktes an
gebundenem Halogen eingestellt Dies kann beispielsweise durch Behandlung mit einem Gasgemisch aus
Wasserdampf und einer Halogenverbindung, ggf. verdünn! in einem anderen Gas oder Gasgemisch, wie
beispielsweise Luft, geschehen, und zwar bei einer Temperatur zwischen 400 und 7000C, beispielsweise bei
einer Temperatur in der Größenordnung von 500° C. Handelt es sich bei dem Halogen um Chlor, dann kann
ein Gemisch aus Wasserdampf und Chlorwasserstoff oder einer anderen Chlorverbindung verwendet werden.
Nach dieser Gasbehandlung kann das Produkt bei einer Temperatur zwischen etwa 95 und 315° C
getrocknet und dann bei einer Temperatur zwischen etwa 370 und 6000C kalziniert werden, und zwar mit
unterschiedlicher Kalzinierungsdauer kürzer als 10 h, vorzugsweise mit einer Kalzinierungsdauer zwischen 1
und 5 h.
Dann muß das Produkt mit einem wasserfreien Gas behandelt werden, d. h. einem Gas, welches weniger als
20 ppm (bezogen auf das Volumen) an Wasser aufweist, und zwar muß die Behandlung unmittelbar vor der
Metallhalogenidablagerung erfolgen. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn man über das Produkt einen Strom
im wesentlichen wasserfreien Wasserstoffs bei einer Temperatur zwischen 400 und 700, vorzugsweise
zwischen 40C und 600° C während etwa 1 bis 10 h leitet.
Das so erhaltene Produkt weist vor der Metallhalogenidbehandlung etwas mehr gebundenes Halogen auf, als
das nach der Metallablagerung auf dem Träger erhaltene Produkt Wenn beispielsweise das Produkt
ursprünglich einen Gehalt zwischen 0,4 und 1,6 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Produktes) an
gebundenem Halogen aufweist, dann kann es nach der Einstellung des Halogengehaltes einen Gehalt zwischen
etwa 0,8 und 2 Gew.-% an gebundenem Halogen aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind für die Verwendung bei der Isomerisation von Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von Paraffin- und/oder Naphthenkohlenwasserstoffen, bestimmt. Diese Isomerisation
wird bei bekannten Temperaturen und Drücken durchgeführt, beispielsweise bei Temperaturen zwischen
20 und 45O0C und Drücken zwischen 1 und 100
Atmosphären (Wasserstoffdruck), wobei das Molverhältnis von Wasserstoff zu den in den jeweiligen
Reaktor gegebenen Kohlenwasserstoffen zwischen 0,5 und 20 liegt und ein Durchsatz von 0,1 bis 10 vvh (je
Stunde über eine Volumeneinheit Katalysator strömendes Chargenvolumen, bezogen auf den flüssigen
Zustand) aufrechterhalten wird. Die Kohlenwasserstoffchargen, welche behandelt werden können, sind sehr
unterschiedlich, jedoch wurde außer den Xylolen, Olefinen und anderen Chargen festgestellt, daß die
erfindungsgemäßen Katalysatoren besonders gut zur Isomerisation von Paraffin- und/oder Naphthenkohlenwasserstoffen
geeignet sind.
Die schließlich erhaltenen Katalysatoren haben sich gegenüber einem solchen Katalysator als sehr vorteilhaft
erwiesen, welcher nur Platin und ein Metallhalogenid aufweist, abgelagert auf einem feuerfesten, mineralischen
Oxyd als Träger, wie die folgenden Beispiele zeigen. Dabei wird n-Pentan als Charge verwendet,
jedoch sind auch andere Chargen möglich. Tatsächlich
wird n-Pentan im allgemeinen dazu verwendet, um die Eignung von Katalysatoren für das Isomerisieren zu
prüfen, wie man n-Heptan dazu benutzt, um das
Reformierungsvermögen von Katalysatoren zu untersuchen.
ίο Es werden drei Vergieichskatalysatoren Tl, T2 und
T3 sowie zwölf erfindungsgemäße Katalysatoren Al, A2, Bl, B2, Cl, C2, D, E, F, G, H und I hergestellt und
dann zur Hydroisomerisation von n-Pentan verwendet Als Träger werden in allen Fällen Aluminiumoxyd-
bzw. Tonerdeextrudatteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 mm, einer spezifischen Oberfläche
von 190 m2/g, einem Porenvolumen von 0,51 cm3/g,
einem mittleren Porendurchmesser von 53 Angström und einem durch Röntgenfluoreszenzanalyse gemessenen
Chlorgehalt von 0,4 Gew.-% (bezogen auf das Tonerdegewicht) verwendet Die Extrudatteilchen werden
4 h lang bei einer Temperatur von 600° C kalziniert, bevor die verschiedenen Metalle abgelagert werden.
Zur Herstellung der Vergleichskatalysatoren Tl, T2 und T3 werden die kalzinierten Extrudatteilchen in eine
verdünnte 0,1-N-Salzsäurelösung getaucht Nach einem
Entfeuchten bei Umgebungstemperatur, beispielsweise durch Schleudern oder Zentrifugieren, werden die
Extrudatteilchen mit einer umgewälzten Hexachlorplatinsäurelösung in Berührung gebracht welche eine
solche Platinanfangskonzentration aufweist daß der Katalysator etwa 035 Gew.-% Platin enthält Nach
einer Entfeuchtung, beispielsweise durch Schleudern oder Zentrifugieren, und einem anschließenden Trocknen
bei einer Temperatur von 100° C werden die imprägnierten Extrudatteilchen bei einer Temperatur
von etwa 530° C in einem Muffelofen kalziniert. Der so gewonnene Katalysator weist einen Platingehalt von
etwa0,31Gew.-%auf.
Dann erfolgt eine Behandlung zur Einstellung des Chlorgehaltes. Dazu wird über die imprägnierten
Extrudatteilchen ein Strom aus Wasserdampf und Chlorwasserstoff bei einer Temperatur von 500° C
während 4 h hinübergeleitet Dann erfolgt eine Kalzi-
4: nierung während 1 h bei derselben Temperatur.
Schließlich wird mittels Wasserstoff über 1 h bei einer Temperatur von 500° C reduziert. Die so behandelten
Extrudatteilchen weisen einen Platingehalt von 0,31 Gew.-% und einen Chlorgehalt von 1,15 Gew.-% auf.
Um die drei Vergleichskatalysatoren Tl, T2 und T3 zu
erhalten, welche sich lediglich durch die letzte Behandlung mit Aluminiumtrichlorid voneinander unterscheiden,
werden drei Mengen von jeweils 13 g an reduzierten Extrudatteilchen jeweils gesondert behandelt,
und zwar mit einem Strom von sublimiertem Aluminiumtrichlorid und Wasserstoff 2 h lang bei einer
Temperatur von 300° C und anschließend '/2 h lang bei
einer Temperatur von 420° C umspült, wobei der Gesamtdruck des Gasstromes bei 1 Atmosphäre und
der Aluminiumtrichlorid-Partialdruck bei 30 Torr liegen. Schließlich werden die drei so erhaltenen Vergleichskatalysatoren
Tl, T2 und T3 mit einem wasserfreien Stickstoff strom bei einer Temperatur von 500° C
behandelt, um das Aluminiumtrichlorid zu entfernen,
b5 welches nicht reagiert hat.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren Al, A2, Bl, B2, Cl, C2 und D bis I wird jeweils so
vorgegangen, daß man 100 g kalzinierte Extrudatteil-
chen mit 250 cm3 einer Lösung imprägniert, welche 20 cm3 Salzsäure und die in der folgenden Tabelle I für
jeden Katalysator angegebene Menge derjenigen Verbindung enthält, welche ebenfalls für jeden Katalysator
in der Tabelle I angegeben ist Nach einem Entfeuchten, beispielsweise durch Schleudern oder
Zentrifugieren, werden die imprägnierten Extrudatteilchen bei einer Temperatur von 1200C getrocknet und
anschließend 2 h lang bei einer Temperatur von 6000C
kalziniert. Dann werden die Extrudatteilchen mit einer 0,1-N-Salzsäurelösung behandelt, mit einer Hexachlorplatinsäurelösung
imprägniert, einer Einstellung des Chlorgehaltes unterworfen und schließlich einer Reduktion
mit Wasserstoff ausgesetzt, wobei genauso verfahren wird, wie bei der Herstellung der Vergleichskatalysatoren TI, T2 und T3.
Katalysator | Verbindung in der | Menge der |
1. Imprägnierlösung | Verbindung | |
(g) | ||
Al, A2 | Yttriumoxyd (Y2O1) | 0,190 |
Bl, B2 | Lanthannitrat | 0,730 |
(La(NOj)3, 6H2O) | ||
Cl, C2 | Cernitrat | 0,732 |
(Ce(NOj)3, 6H2O) | ||
D | Praseodymoxyd | 0,287 |
(Pr6On) | ||
E | Neodymoxyd (Nd2O3) | 0,283 |
F | Dysprosiumoxyd | 0,3143 |
(Dy2O3) | ||
G | Samariumoxyd | 0,2964 |
(Sm2O3) |
Katalysator | Verbindung in der | Menge der |
1. Imprägnierlösung | Verbindung | |
(g) | ||
H | Gadoliniumoxyd | 0,3054 |
(Gd2O3) | ||
I | Lanthannitrat | 0,2432 |
(La(NOj)3, 6H2O) | ||
Praseodymoxyd | 0,0956 |
Neodymoxyd (Nd2O3) 0,0945
Wie bei der Herstellung der Vergieichskataiysatoren Tl, T2 und T3, schließt sich dann eine Behandlung mit
demselben Aluminiumtrichlorid/Wasserstoff-Gasstrom an, wobei jeweils 13 g Extrudatteilchen mit dem
Gasstrom beaufschlagt werden, und zwar zunächst 2 h lang bei einer Temperatur von 2500C und dann '/2 h
lang bei einer Temperatur von 42O0C bei der Herstellung der Katalysatoren Al, Bl und Cl, während
bei der Herstellung der Katalysatoren A2, B2, C2 und D bis I jeweils nur einmal beaufschlagt wird, und zwar
2'/2 h lang bei einer Temperatur von 3000C. Dann wird
jeweils mit einem wasserfreien Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 5000C gespült, wie bei der Herstellung
der Vergleichskatalysatoren Tl, T2 und T3.
In der folgenden Tabelle II sind die Zusammenset-
jo zung jedes Vergleichsicatalysators Tl bzw. T2 bzw. T3
und jedes erfindungsgemäßen Katalysators nach der Ablagerung der metallischen Komponenten durch
Imprägnierung, und zwar nach der im Anschluß an die jeweilige Imprägnierung mit Hexachlorplatinsäurelösung
erfolgenden, die Platinablagerung abschließenden Kalzinierung bei einer Temperatur von 5300C, und die
Bedingungen (Temperatur und Dauer) der Behandlung des jeweiligen Katalysators mit dem Aluminiumtrichlorid/Wasserstoff-Gasstrom
angegeben.
Katalysator | Zusammensetzung nach bei 53O0C |
Cl | der Kalzinierung | AlCl3/H2-BehandIung | Chlorend gehalt |
Pt | (Gew.-%) | Metall neben Platin |
|||
(Gew.-%) | 1,15 | (Gew.-%) | (Gew.-%) | ||
Tl | 0,31 | 1,15 | 0 | 2 h bei 300°C + 0,5 h bei 4200C | 5,93 |
T2 | 0,31 | 1,15 | 0 | 2 h bei 3000C + 0,5 h bei 4200C | 5,77 |
T3 | 0,31 | 1,19 | 0 | 2 h bei 3000C + 0,5 h bei 4200C | 5,72 |
Al | 0,37 | 1,19 | 0,05 Y | 2 h bei 2500C + 0,5 h bei 4200C | 5,61 |
A2 | 0,37 | 1,18 | 0,05 Y | 2,5 h bei 3000C | 5,56 |
Bl | 0,38 | 1,18 | 0,06 La | 2 h bei 2500C + 0,5 h bei 4200C | 5,57 |
B2 | 0,38 | 1,32 | 0,06 La | 2,5 h bei 3000C | 5,45. |
Cl | 0,36 | 1,32 | 0,14 Ce | 2 h bei 2500C + 0,5 h bei 4200C | 5,50 |
C2 | 0,36 | 1,35 | 0,14 Ce | 2,5 h bei 3000C | 5,93 |
D | 0,37 | 1.40 | 0,06 Pr | 2,5 h bei 3000C | 5,09 |
E | 0.38 | 0.06 Nd | 2.5 h bei 30O0C | 5.38 |
Fortsetzung
10
Katalysator
Zusammensetzung nach der Kalzinierung Al CI3/!^-Behandlung
bei 53O°C
Pt
(Gew.-%)
Cl
(Gew.-%)
Metall neben Platin
(Gew.-%)
Chlorendgehalt
(Gew.-%)
0,36
0,37
0,37
0,37
0,37
0,37
0,37
1,24 1,33 1,39 1,30
0,16 Dy 0,11 Sm 0,11 Gd
0,02 La 0,02 Pr 0,02 Nd
2,5 h bei 3000C
2,5 h bei 3000C
2,5 h bei 3000C
2,5 h bei 300 C
2,5 h bei 3000C
2,5 h bei 3000C
2,5 h bei 300 C
Jeder der in Tabelle II aufgeführten Katalysatoren wird katalytischen Versuchen unterworfen. Dabei wird
jeweils so vorgegangen, daß man über eine Katalysatormenge von 3 cm3 in einem Reaktor bei Atmosphärendruck
n-Pentan und Wasserstoff mit einem Durchsatz von 0,5 vvh hinüberleitet, wobei das Wasserstoff/Pentan-Molverhältnis
bei 3,2 liegt. Mit jedem Katalysator werden drei solche Versuche bei unterschiedlichen
Temperaturen durchgeführt, nämlich bei einer Temperatur von 100 bzw. 130 bzw. 15O0C.
Das einzige Reaktionsprodukt ist Isopentan. Die Aktivität der verschiedenen Katalysatoren kann also
anhand der Umwandlung des n-Pentans festgestellt werden. Die für jeden Katalysator bei den drei mit ihm
durchgeführten Versuchen ermittelten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt.
Tabelle III | n-Pentan-Umwandlung | 1300C | 1500C |
Katalysator | Versuchstemperatur | 26,4 | 40 |
I00°C | 26,0 | 42,0 | |
14 | 26,4 | 42,0 | |
Tl | 12 | 26,0 | 38,0 |
T2 | 13,6 | 28,0 | 40,8 |
T3 | 10,0 | 33,6 | 44,4 |
Al | 12,4 | 36,4 | 51,2 |
A2 | 15,0 | 36,4 | 50,8 |
Bl | 17,4 | 36,4 | 53,0 |
B2 | 17,2 | 45,2 | 51,8 |
Cl | 15,6 | 36,0 | 46,0 |
C2 | 24,0 | 30,6 | 42,3 |
D | 19,6 | ||
E | 14,7 | ||
F | |||
95 Katalysator | n-Pentan-Umwandlung | 13O0C | 1500C |
Versuchstemperatur | 34,3 | 43,7 | |
10O0C | 46,5 | 58,6 | |
30 G | 20,3 | 32,7 | 43,5 |
H | 21,1 | ||
I | 15,5 |
Aus Tabelle III ergibt sich, daß die erfindungsgemä-Qen
Katalysatoren eine gute Isomerisationsaktivität aufweisen. Während die Ergebnisse der Platin/Yttrium/
Aluminiumtrichlorid-Katalysatoren Al und A2 in der Nähe derjenigen der Vergleichskatalysatoren Tl, T2
und T3 liegen, weisen die restlichen Katalysatoren eine erhöhte Aktivität auf.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren bei der Isomerisation
von n-Pentan unter Druck.
Es werden ein Vergleichskatalysator T4 und drei
erfindungsgemäße Katalysatoren B3, C3 und H2 hergestellt, und zwar wie in Beispiel I für die
Vergleichskatalysatoren Tl, T2 und T3 bzw. den Katalysator B2 bzw. C2 bzw. H beschrieben, wobei
jedoch der Vergleichskatalysator T4 in Abweichung von der Herstellungsweise gemäß Beispiel I nur einmal 2,5 h
lang bei einer Temperatur von 3000C mit dem Aluminiumtrichlorid/Wasserstoff-Gasstrom behandelt
wird.
In der folgenden Tabelle IV sind die Zusammensetzung jedes Katalysators nach der Kalzinierung bei einer
Temperatur von 5300C im Anschluß an die Imprägnierung
mit Hexachlorplatinsäurelösung sowie der Chlorendgehalt
nach der Behandlung mit dem Aluminiumtrichlorid/Wasserstoff-Gasstrom
während 2^ h bei einer Temperatur von 300° C angegeben.
11 | 25 | Cl | 31 814 | 12 | |
(Gew.-%) | |||||
Tabelle IV | 1,45 | Chlorendgehalt | |||
Katalysator | Zusammensetzung nach der | 1,18 | Kalzinierung bei 530°C | ||
Pt | 1,35 | Metall neben Platin | (Gew.-%) | ||
(Gew.-%) | 1,39 | (Gew.-%) | 5,85 | ||
T4 | 0,31 | 0 | 5,70 | ||
B3 | 0,38 | 0,06 La | 5,70 | ||
C3 | 0,36 | 0,13 Ce | 5,79 | ||
H2 | 0,37 | 0,11 Gd | |||
Die in Tabelle IV angegebenen Katalysatoren werden
jeweils in einem Reaktor mit n-Pentan und Wasserstoff beaufschlagt, und zwar bei einer Temperatur von 15O0C
und einem Druck von 30 Bar. Die Beaufschlagung erfolgt mit einem Durchsatz von 3,0 vvh. Das Wasserstoff/Pentan-Molverhältnis
liegt bei 3.
Der Reaktorausfluß wird analysiert, um festzustellen, wieviel Isopentan erhalten wurde, d. h. den Prozentsatz
von Isopentan in der Fraktion von Kohlenwasserstoffen mit 5 C-Atomen je Molekül zu ermitteln. Dieser
Prozentsatz liegt für den Vergleichskatalysator T4 bei 43%, für den Katalysator B3 bei 68%, für den
Katalysator C3 bei 63% und für den Katalysator H2 bei 71%.
Diese Ergebnisse bestätigen also, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren gute Katalysatoren für die
Isomerisation von paraffinischen und/oder naphthenischen Kohlenwasserstoffen darstellen.
Beispiel III
Es werden weitere Vergleichskatalysatoren T5 bis T9 wie die erfindungsgemäßen Katalysatoren nach Beispiel
I hergestellt, jedoch mit Chrom bzw. Mangan bzw. Zinn als weiterem Metall neben Platin anstelle eines
Lanthanide oder Yttriums. Die Zusammensetzung der Katalysatoren T5 bis T9 und die Umwandlung des
n-Pentans sind in der nachstehenden Tabelle V angegeben. Die n-Pentan-Umwandlung wurde genauso
durchgeführt mit den Vergleichskatalysatoren T5 bis T9 wie im Beispiel II, abgesehen davon, daß das Wasserstoff/Pentan-Molverhältnis
im Gegensatz zum Beijo spiel II nicht 3 sondern 2,5 betrug.
Katalysator Pt Metall neben Platin CI-Endgehalt
(Gew.-%) (Gew.-%)
n-Pentan-Umwandlung
T5 | 0,36 | Cr | : 0,10 | 5,88 | 24 |
T6 | 0,36 | Mn | : 0,08 | 5,40 | 12 |
T7 | 0,35 | Mn | : 0,33 | 5,95 | 15 |
T8 | 0,35 | Sn | : 0,20 | 6,32 | 26 |
T9 | 0,35 | Sn | : 0,20 | 5,54 | 35 |
Es ist festzustellen, daß die n-Pentan-Umwandlung mit den Vergleichskatalysatoren T5 bis T9 erheblich geringerist
als mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren B3. C3 und H2.
Claims (6)
1. Katalysator zur Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von η-Paraffinen und/oder
Naphthenen, erhalten durch Aufbringen von 0,02 bis 2,2 vorzugsweise 0,10 bis 0,75 Gew.-% (bezogen auf
das Trägergewicht) mindestens eines Platingruppenmetalls und einem weiteren Metall auf einen Träger
aus einem feuerfesten, mineralischen Oxyd, Ablagerung
wenigstens eines Halogenide der Metalle: Aluminium, Eisen Beryllium und Zink auf dem
Träger sowie Behandeln des Trägers vor der Ablagerung des Metallhalogenide mit einer Halogenverbindung
unter Bildung von an die Elemente des Trägers und/oder an die Metalle gebundenem
Halogen, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Metall zwischen 0,005 und 5,7 Gew.-%
(bezogen auf das Trägergewicht) eines Lanthanids und/oder Yttrium auf den Träger aufgebracht
werden.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogengesamtgehalt (bezogen
auf das Katalysatorgesamtgewicht) zwischen 0,5 und 15, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Gew.-%,
beträgt.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger Tonerde mit einer
spezifischen Oberfläche zwischen 15 und 350, vorzugsweise zwischen 100 und 350 m2/g, mit einem
spezifischen Porenvolumen größer als 0,1 cmVg und sauren Stellen eingesetzt wird.
4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Platingruppenmetall
nach dem Lanthanid bzw. Yttrium auf den Träger aufgebracht wird.
5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während oder vor dem
Aufbringen des Platingruppenmetalls der Träger zur Einstellung der Azidität mit einer Salzsäurelösung
behandelt wird.
6. Verfahren zur Herstellung des Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Platingruppenmetalls und des Lanthanids bzw.
Yttriums und vor der Ablagerung des Metallhalogenide der Gehalt an gebundenem Halogen (bezogen
auf das Gewicht des Trägers, auf dem das Platingruppenmetall und das Lanthanid bzw. Yttrium
abgelagert sind) auf einen Wert zwischen 0,8 und 2 Gew.-% mittels eines Wasserdampf und die
Halogenverbindung enthaltenden Gasstromes bei einer Temperatur zwischen 400 und 7000C eingestellt
wird, worauf bei einer Temperatur zwischen 95 und 315° C getrocknet sowie anschließend bei einer
Temperatur zwischen 370 und 600° C kalziniert wird, wonach der Träger mit einem wasserfreien Gasstrom,
vorzugsweise Wasserstoffstrom, bei einer Temperatur zwischen 400 und 700, vorzugsweise
zwischen 400 und 600° C umspült wird.
10
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