DE2535044C2 - Kobalt oder Nickel sowie Molybdän auf Aluminiumoxid als Träger enthaltender Katalysator und seine Verwendung zur Hydroentschwefelung von Kohlenwasserstoffgemischen - Google Patents
Kobalt oder Nickel sowie Molybdän auf Aluminiumoxid als Träger enthaltender Katalysator und seine Verwendung zur Hydroentschwefelung von KohlenwasserstoffgemischenInfo
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Description
jij Kobalt oder Nickel sowie Molybdän auf Aluminiumoxid als Träger enthaltende Katalysatoren, zur Hydrant 25 entschwefelung von Kohlenwasserstoffgemischen, die geringe Gehalte an lös'ichen metallischen Verunreini-
§ gungen, wie Vanadium, Nickel oder Eisen enthalten, sind bekannt (vgl. beispielsweise die US-PS 3340 180).
s; Es besteht jedoch ein Bedarf an derartigen Katalysatoren, die sich auch zur Hydroentschwefelung von
If Kohlenwasserstoffen eignen, die größere Mengen an löslichen metallischen Verunreinigungen enthalten. Die
y bisher bekannten Katalysatoren waren für diesen Zweck nicht geeignet, da sie schnell durch die metallischen
j~ 30 Verunreinigungen, welche die Poren des Trägcrmaterials verstopfen, vergiftet wurden, wobei eine Regenelf
rierung durch Entferne;} der d: '-. Poren verschließenden Metalle unmöglich ist.
|] Die Erfindung hat sich iaher die Aufgabe gestellt, Katalysatoren für die Hydroentschwefelung von Kohlen-
^ Wasserstoffen zu schaffen, die grö \;re Mengen (10 ppm und mehr) an metallischen Verunreinigungen enthalten.
|.; Diese Aufgabe wird durch den Katalysator gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
% 35 Der erfindungsgemäße Katalysator unterscheidet sich von dem in der US-PS 33 40180 beschriebenen Kataly-H
sator erheblich aufgrund der Porenstruktur, wobei in diesem Zusammenhang auf die Tabelle I dieser US-PS in
f| Spalte 11 zu verweisen ist. Der dort mit »Hydrothermal AI2O3« bezeichnete Katalysator weist in einem Umfange
|.! von 60,1% seines Porenvolumens Poren mit einem Radius zwischen 40 und 80 Ä (Durchmesser zwischen 80
; j und 160 Ä) auf, während 43% seines Porenvolumens von Poren mit einem Radius von weniger als 40 A
«' 40 eingenommen werden. Demgegenüber werden im Falle des erfindungsgemäßen Katalysators wenigstens 70%
% seines Porenvolumens von Poren mit einem Durchmesser zwischen 80 und 150 A eingenommen, wie aus der
U: nachstehenden Tabelle III hervorgeht.
' : Gegenüber dem aus der genannten US-PS bekannten Katalysator zeichnet sich der erfindungsgemäße
Katalysator dadurch aus, daß er eine wesentlich geringere Verschmutzung aufweist und damit eine längere
45 Gebrauchsdauer bedingt. Vergleicht man die in der US-PS 3340180 angegebenen Werte mit den erfindungsgemäßen
Werten, so sieht man, daß das Ausmaß der Schwefelentfernung ungefähr 80% während ungefähr
90 Stunden beträgt, während erfindungsgemäß ungefähr 75% des Schwefeis über Zeitspannen von bis zu
ungefähr 700 Stunden (vgl. Fig. 1) entfernt werden können.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignen sich insbesondere für die Hydroentschwefelung von Kohlen-50
Wasserstoffen mit Gehalten von 10 ppm und mehr an metallischen Verunreinigungen (berechnet als Metall)
unter den üblichen Hydroentschwefelungsbedingungen. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Katalysatoren
zur Behandlung von Rückstandsölen, die bei Destillationen im Normaldruck oder im Vakuum anfallen,
geeignet. So können mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren Rückstandsöle mit Gehalten an metallischen
Verbindungen von mehr als 20 ppm eingesetzt werden.
55 Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt werden:
Ein festes, aus Teilchen mit weniger als ungefähr 150 Mikron bestehendes α-Aluminiumoxidmonohydrat wird
mit einer wäßrigen Salpeterlösung behandelt, welche pro Grammolekül Al2O3 ungefähr 0,10 Säureäquivalent
enthält. Es wird eine Mischung von breiförmiger Konsistenz erhalten, von der 1 Teil in 4 Gewichtsteilen Wasser
dispergiert werden kann und diese Dispersion einen pH-Wert zwischen 3,8 und 4,2 und in der Regel von
60 ungefähr 4,0 aufweist.
Dem mit der wäßrigen Säurelösung behandelten Feststoff wird alsdann eine wäßrige Ammoniumhydroxydlösung
zugemischt, wobei die dem Brei zugegebene Hydroxydmenge ungefähr 80% der theoretisch zur vollständigen
Neutralisation der in der ersten Phase zugemischten Säure notwendigen Base ausmacht; in anderen
Worten: dem sauren Brei werden ungefähr 0,08 Äquivalent Base pro Grammolekül AI2O3 zugegeben. Da der
65 Gehalt an FlüchtigkeitsstofTen (die während der Trocknung und Kalzination freigesetzten Komponenten) des
derart neutralisierten Feststoffes in der Regel zwischen 50 und 70 Gewichtsprozent beträgt, wird bevorzugt eine
Ammoniumhydroxydlösung mil einer Konzentration von ungefähr 11 Gewichtsprozent verwandt. Die Zugabe
der Ammoniumhydroxydlösung zu dem breiförmigen Gemisch verwandelt dasselbe zu einem freiflieMenden
der Ammoniumhydroxydlösung zu dem breiformigen Gemisch verwandelt dasselbe zu einem freifließenden
Feststoff, welcher sich bestens zur Beschickung einer Strangpresse eignet.
Ein Gewichtsteil dieses Feststoffes, dispergiert in vier Gewichtsteilen Wasser, ergibt eine Aufschlämmung
mit einem pH-Wert zwischen 5 und 7,5, in der Regel von ungefähr 6,5.
Das ganz oder teilweise neutralisierte Feststoffgemisch wird alsdann in einer Strangpresse zu Formungen mit
einem Durchmesser von ungefähr 1,6 mm und einer Länge von ungefähr 3,2 mm geformt, welche als Trägermaterial
für einen Hydroentschwefelungskatalysator bestens geeignet sind.
Den solcherart erhaltenen Formungen wird das nicht gebundene Wasser durch ein mäßiges Erhitzen
zwischen ungefähr 65,6 und 260° C entzogen, worauf dieselben in einer trockenen oder feuchten Atmosphäre
bei 260 bis 927° C kalziniert werden.
Das in dieser Weise zubereitete Trägermaterial weist ein Porenvolumen von ungefähr 0,7 cnv/g auf, welches
weniger als ungefähr 1,0% an Makroporen und 85% oder mehr an Mikroporen mit Porendurchmessern zwischen
80 und 150 Ä enthält.
Dieses Trägermaterial eignet sich ausgezeichnet für die Herstellung von Hydroentschwefelungskatalysatoren
für die Behandlung von Rüc'xstandsölen mit größeren Gehalten an metallischen Verunreinigungen. Ausgezeichnete
Ergebnisse werden besonders mit Katalysatoren dieser Art erhalten, deren Trägermaterial mit einer
wäßrigen Lösung des Kobaltsalzes der Phosphonnolybdänsäure getränkt und alsdann in üblicher Weise
getrocknet und kalziniert wurde.
Um das Vorhandensein von Makroporen in dem Trägermaterial und in dem fertigen Katalysator auf ein
Minimum (weniger als 3%des Gesarntporenvolurneas) zu beschränken, wird als Ausgangsstufe' α-Aluminiumoxid
gewählt, welches mindestens zu 80 G ;wichtsprozent als Monohydrat (T-Al2O3 ■ H2O vorliegt und weniger
als 5 Gewichtsprozent oder bevorzugt keine andere Tonerdehydrate enthält. Die besten Ergebnisse erhält man
mit einem Ausgangsstoff, welcher zu mindestens 99,5% aus reinem <r-Al2O3 · H2O besteht und als Restkomponenlen
andere feuerfeste Trägermaterialien wie Kieselsäureanhydrid, Magnesiumoxyd oder benachbarte
Verbindungen enthält.
Die Bildung von Makroproben hängt des weitern von der Körnung des Ausgangsstoff ab, und zwar sind
für deren Bildung gegebenenfalls vorhandene Teilchen größeren Durchmessers verantwortlich. Der feste
Ausgangsstoff soll daher in Teilchen vorliegen, deren Durchmesser kleiner als ungefähr 500 und bevorzugt,
kleiner als 150 μ ist.
In den Fällen, in denen eine Bestimmung der Dimensionen der Feststoffteilchen nicht oder nur schwer zu
bewerkstelligen ist, kann dieselbe durch den weiter unten, in dem von den Säuren handelnden Abschnitt,
beschriebenen Dispersionsversuch mit einer Probe des mit Säure behandelten Feststoffes ersetzt werden. Wenn
dieser Versuch zeigt, daß die Teilchengrößenverteilung nicht den erfindungsgemäßen Vorschriften entspricht,
kann der pul verformige Feststoff durch Aussieben der gewünschten Teilchengrößen oder durch Feinmahlen des
unbehandelten Ausgangsmaterials. etwa in einer Kugelmühle, in die gewünschte Form gebracht werden.
Das als Ausgangsstoff für die erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren zu verwendende a-Aluminiumoxid-Monohydrat
ist im Handel erhältlich. Es kann aber auch auf verschiedene Arten zubereitet werden, wie zum
Beispiel durch teilweise Dehydratisieren des Trihydrats nach bekannten Methoden. Ein weiteres Herstellungsverfahren
/on (T-Al2O3 · H2O besteht darin, dasselbe aus einer warmen Alaunlösung durch Zugabe einer
Ammonium- oder Nairiuminatlösung zu fällen (siehe u. a J. A. Lewis und C. A. Taylor, J. Appl. Chem.,
Vol. 8 1958; H. Lehl, J. Phys. Chem., Vol. 40,1936). Ein vorteilhaftes Verfahren ist des weitern das der Hydrolyse
eines Aluminiumalkoxyds der Formel Al(OR)3, in welcher die R-Gruppen gleiche oder verschiedene A lkylreste
darstellen.
Ein Aluminiumoxidträger mit der erfindungsgemäßen Porendurchmesserverteilung wird erhalten, wenn
das a-AljO3-Monohydrat mit besummten monobasischen Säuren vorbehandelt wird.
Bevorzugt wird die Salpetersäure, aber auch die Halogenwasserstoffsäuren wie Salzsäure, Fluor- und
Bromwasserstoffsäure ergeben zufriedenstellende Ergebnisse. Überraschenderweise eignen sich dagegen die
Schwefelsäure und die Phosphorsäure nicht für eine derartige Vorbehandlung.
Die Säurebehandlung erfolgt durch gutes Mischen des Ausgangsfeststoffes und einer wäßrigen Säurelösung.
Die genaue, für das gesuchte Ergebnis zu verwendende Säuremenge hängt von verschiedenen Parametern ab,
so von der Wahl der Säure und von der Teilchengröße des Monohydrats. Die Säuremenge ist so zu wählen, daß
sich nach der Behandlung des Ausgangsstoffs weniger als 5 und bevorzugt weniger als 1 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Ausgangsmonohydrat, desselben aus einer wäßrigen Aufschlämmung absetzen. Gewöhnlich
wird dieses Ergebnis durch die Behandlung mit ungefähr 0,08 Säureäquivalen» pro Grammolekül Al2O.; erreich;.
Gute Resultate werden in der Regel erhalten mit relativen Säurekonzentrationen im Bereich von 0,05 bis 0,20
Äquivalent, besonders gute Ergebnisse mit ungefähr 0,08 bis 0,12 Säureäquivalent pro Grammolekül Al2O3.
Die Verwendung von größeren Säureinengen ist möglich, aber meistens nicht erwünscht, unter anderem weil
der Überschuß die Salzbildung in der nachfolgenden Neutralisierungsphase L.id ebenfalls die Verfahrenskosten
unnötig vergrößert.
Der Dispersionsversuch, von dem vorstehend die Rede war, stellt eine nützliche und sichere Möglichkeit dar,
um festzustellen, ob der Feststoffsich zur Herstellung eines im wesentlichen von Makroporen freien Trägermaterials
eignet.
Dieser Versuch besteht darin, 1 Gewichtsteil des säurebehandelten Feststoffs in 4 Gewichtsteilen Wasser aufzuschiämmen
und die Dispersion bei Raumtemperatur kräftig durchzumischt..:. Die srhaltene Mischung soll
einen pH-Wert zwischen 3,5 und 4,5 aufweisen und ein Trägermaterial mit den erfindungsgemäßen Merkmalen
wird erhalten, wenn ei i etwa innerhalb 10 Minuten nach Unterbrechung des Rührens abgesetzten Teilchen
weniger als 5 und bevorzugt weniger als ungefähr 1 Gewichtsprozent des aufgeschlämmten Feststoffs darstellen.
Die Säurekonzentration der für die oben beschriebene Behandlung verwandten Lösungen kann in weiten
Grenzen schwanken; sie hängt hauptsächlich von dem in der Säurebehandlungsphase für eine gute Durchmischung
benötigten Gehalt an flüchtigen Stoffen ab, wobei letzterer wiederum von der verwendeten Mischapparatur
abhängt. Wesentlich ist die Herstellung einer intimen Mischung von Aluminiumoxid-Monohydrat und
Säure.
Der wie oben mit Säure behandelte Ausgangsfeststoff eignet sich zur Herstellung von im wesentlichen von
Makroporen freien Trägern, nicht aber zur Herstellung eines Trägers mit dem für einen Entschwefelungskatalysatoren
für Rückständsöle verlangten Porenvolumen.
Wie schon gesagt, soll ein Trägerkatalysator zur Entschwefelung von Rückstandsölen ein Porenvolumen von
mindestens 0,5 cmVg und bevorzugt von mindestens ungefährO,65 cmVg aufweisen. Bei entsprechender Mikro-
Id porenverteüung und entsprechendem Makroporengehalt ist die Lebensdauer des Katalysators um so länger, als
das Porenvolumen größer ist. Um in dem fertigen Trägerkatalysalor das gewünschte Porenvolumen mit der vorgeschriebenen
Mikroporenvertcilung zu erreichen, muß eine wesentliche Fraktion der dem Ausgangsmaterial
/ugemischten Säure mit Hilfe einer stickstoffhaltigen Base neutralisiert werden. Der saure Feststoff und die
Baje müssen intensiv vermischt werden.
Ein »stickstoffhaltige Base·· im Sinne der Erfindung ist eine Verbindung der Formel R]N oder ein entsprechendes
Hydroxyd der Formel RsHNOH, in welchen die R-Gruppen gleich oder verschieden sein können und
Wasserstoffatome oder Ci-CVAIkylreste darstellen. Bevorzugt werden wäßrige Ammoniaklösungen.
Die für die Neutraiisierung zu verwendende Basenmenge hängt von verscmeiieiicrt Faktoren ab, unter anderem
von der zu neutralisierenden Säure und der Wahl der stickstoffhaltigen Base. In der Regel wird für jeden in
dem Säurebehandlungsstadium zugemischten Säureäquivalent 0,6 Äquivalent Base oder mehr zugegeben,
wobei höhere Basenmengen bis zu einem bestimmten Grenzpunkt vorteilhaft sind. Das Überschreiten dieses
Grenzpunktes führt dagegen zu Trägern mit nicht zufriedenstellenden Eigenschaften.
Ausgezeichnete Trägermaterialien werden erhalten, wenn die zugegebene Basenmenge erfindungsgemäß 0,6
bis i.2 Äquivalent pro Säureäquivalent entspricht.
:5 Die stickstoffhaltige Base wird dem säurebehandelten Ausgangsmaterial zweckmäßig in Form von wäßrigen
Lösungen zugemischt, deren Konzentration in weiten Grenzen schwanken kann. Diese letztere ist Funktion des
für die gewählte Formierungsmethode benötigten Gehalts an flücnigen Stoffen. Die Zugabe der Säure und der
Base in der Form von wäßrigen Lösungen ergibt Mischungen mit einem bestimmten Wassergehalt. Bevorzugt
wird der Hauptanteil dieses Wassers (55 bis 90°b) mit der Säure zugeführt, der Restanteil (10 bis 45%) mit der
stickstoffhaltigen Base. Wenn zur Neutralisierung, wie bevorzugt, wäßrige Ammoniaklösung gebraucht wird,
ist die Verwendung von handelsüblichem konzentriertem Ammoniak (zu 28%), gegebenenfalls leicht verdünnt.
besonders zweckmäßig.
Der physikalische Zustand des neutralisierten Ausgangsstoffs hängt von dessen Gehalt an flüchtigen Komponenten
ab und schwankt zwischen einem zähflüssigen Brei und einem freifließenden Feststoff. Für die nachfol-
■5 gende Formierung in einer Strangpresse werden freifließende Feststoffe mit Gehalten an flüchtigen Stoffen zwischen
50 "Ii1 70 ^evv;chtc"r'"4~'erlt böy*r^iirtt
Die Aufschlämmung von einem Gewichtsteil des neutralisierten Gemischs in vier Gewichtsteilen Wasser soll
einen pH-Wert zwischen 5,5 und 7,5 und bevorzugt zwischen 6,0 und 7,0 aufweisen.
Im Sinne der Erfindung sind »flüchtige Stoffe« die während des Trocknens bei hohen Temperaturen (>482°C)
Im Sinne der Erfindung sind »flüchtige Stoffe« die während des Trocknens bei hohen Temperaturen (>482°C)
-o freigesetzten .Mischungskomponenten wie Wasser, Säure, Ammoniak und deren Zersetzungs- und/oder Koncunsatiosprodukte.
Außer dem chemisch gebundenen Wasser werden praktisch alle anderen flüchtigen Stoffe
bei 482' C ireigesetzt.
Der Gehalt an diesen flüchtigen Stoffen ergibt sich annähernd aus der Summe des Konstitutionswassers des
Aluminiumoxyd-Monohydrats und den mit der Säure und der Base in den vorhergehenden Phasen zugemisch-
-15 ten Wassermengen, die ihrerseits hauptsächlich von den zur Verfugung stehenden Misch- und Formierungseinrichtungen
abhängen. In der Säurebehandlungs- und Neutralisierungsphase ist der Gehalt an flüchtigen Stoffen
an sich nicht maßgebend, sofern eine intensive Durchmischung ermöglicht ist. Für die Formierungsoperation
hängt dieser Gehalt von der anzuwendenden Technik ab
Das säurebehandelte und neutralisierte Ausgangsmaterial kann einer der bekannten Formierungstechniken
Das säurebehandelte und neutralisierte Ausgangsmaterial kann einer der bekannten Formierungstechniken
·:■■< unterworfen w.rden. Dazu gehören unteranderem dasTrocknen und Kalzinieren auf heizbaren Böden, woiauf
das erhaltene Produkt gemahlen, gesiebt, pelletisiert oder stranggepreßt wird.
Das Strangpressen ist die bevorzugte Formierungstechnik. In diesem Fall soll das neutralisierte Produkt einen
Gehaltan flüchtigen Stoffen zwischen 50 und 70 und bevorzugt zwischen ungefähr 55 und 65 Gewichtsprozent
aufweisen. Die Dimensionen des fertigen Trägermaterials sollen in der Regel denen der üblicherweise in der
i* Erdölindustrie für analoge Zwecke, unter anderem für Festbett- und Wirbelbettkataiysatoren, gebrauchten
Materialien entsprechen.
Das Trocknen und Kalzinieren, mit denen die Zubereitung des Trägers beendet wird, werden bei Temperaturen
zwischen 65.6 und 9270C durchgeführt. Zuerst wird das geformte Trägermaterial durch mäßiges Erhitzen,
zum Beispiel auf 65,6 bis 260°C. getrocknet, wobei das nicht chemisch gebundene Wasser entfernt wird. Darauf
du erfolgt das Kalzinieren in trockener oder feuchter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 260 und 9270C,
bevorzugt bei 538 bis 816°C.
Mit dem beschriebenen Verfahren werden hauptsächlich aus Alumiumoxyd bestehende Träger mit niedrigen
spezifischer. Gewichten erhalten, deren Gesamtporenvolumen zu 97% und mehr durch Mikroporen gebildet
wird; die besonders bevorzugten Verfahrensbedingungen ergeben in der Regel Träger mit einem zu ungefähr
99% durch Mikroporen gebildeten Gesamtporenvolumen.
WTe schon angegeben wurde, werden für die Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren Aluminiumoxydträger
verwendet, deren Gesamtporenvolumen zu mehr als 70%aus Poren mit Durchmessern von 80
bis 150 Ä besteht und die weniger als 3% dieses Volumens an Poren mit Durchmessern über 1000 Ä aufweisen;
bevorzugt enthält das Gesamtporenvolumen weniger als l%an Poren mit einem Durchmesser über 1000 A.
Die Werte der Porenverteilungen sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengefaßt.
Tabelle I
Gesamlporenvolumen Anteil ("ό des Gesamtporenvolumens) an Poren mit Durchmesser (in A) von
(cm1/«) <80 80 bis 150 150 bis 1000
> 1000
0,5 bis 1,1 <20 >70 < 20 <3
0,65 bis 0,85 < 10 >85 < 5 <1 in
Die erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren für die katalytische Hydroentschwcfelung von Kohlenwasserstoffen
enthalten einen oder mehrere und bevorzugt eine Kombination von zwei verschiedenen Hydrierungsmitteln.
Als derartige Hydrierungskatalysatoren für die Verwendung auf den im wesentlichen von Makroporen
freien Trägern nach der vorliegenden Erfindung kommen die Metalle Molybdän sowie Kobalt oder Nickel sowie
deren Verbindungen, von denen besonders die Sulfide und Oxide zu nennen sind, in Betracht.
Die katalytischen Komponenten können mit Hilfe einer der zahlreichen bekannten Techniken auf den kalzinierten
I rager aufgebracht werden, wobei die zur Zubereitung von Trägerkataiysatoren on verwandle imprägnierung
besonders angebracht ist. Es wurde festgestellt, daß besonders wirksame Trägerkatalysatoren erhalten
werden, wenn das Aluminiumoxyd die angegebene Porenverteilung aufweist und dasselbe in einer Operation :o
mit einer ein Kobalt- oder Nickelsalz und eine Heteropolymolybdänsäure enthaltenden Lösung getränkt wird.
Die Verwendung eines Aluminiumoxydträgers mit der beschriebenen Porenverteilung und seine Imprägnierung
mit Lösungen der angegebenen Zusammensetzung scheinen eine synergistische Wirkung in bezug auf die
Wirksamkeit und insbesondere auf die durch eine geringe Desaktivierungsgeschwindigkeit bedingte lange
Lebensdauer des fertigen Katalysators auszuführen, da dieselbe größer ist als die theoretisch von der Summe
dieser beiden Effekte zu erwartende Verbesserung.
Die als reine Metalle berechneten katalytisch wirkenden Mittel werden in Mengen aufgetragen, die pro
100 Gewichtsteile Katalysator, jeweils berechnet als reine Metalle, 2 bis 5 Gewichtsteile Kobalt oder Nickel
und 5 bis 20 Gewichtsteile Molybdän ausmachen.
"wie schon gesagt, können die katalytisch aktiven Komponenten im fertigen Trägerkatalysator in der Form von
elementaren Metallen oder als Verbindungen, beispielsweise als Sulfide oder Oxyde, vorliegen.
Aus der Tabelle II ergeben sich die Zusammensetzungen und Behandlungsbedingungen von drei Trägern A,
B und C, für welche a!s Ausgar.gsrnaieria! s-Alurnir.iurrioxyd Monohydrat mit Teüchengrößen unter ungefähr
150 μ und mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr 25 Gewichtsprozent verwendet wurden. Die
Herstellung erfolgte in den drei Fällen durch Extrudieren von Strängen von 1,6 mm Nominaldimensionen,
welche in einem trockenen Luftstrom (Durchsatz 0,5663 m-7h) während 2 Stunden bei 204,4°C getrocknet und
alsdann während 4 Stunden bei 816°C kalziniert wurden. -to
Träger ABC
Ausgangsstoff (g) 500 500 500
AI2O3 (gi 375 375 375
H2O (g) 125 125 125
Zusätze: Wasser (g) 345 36O1) 345 5θ
Salpetersäure2) (ml) 7 1,35 20
HNO3 (g) 7 1,35 20
H2O (g) 3 0,55 8
Ammoniak, wäßrige Lösung
NH3 (g) - - 4,3
H2O (g) - - 2123)
Gehalt an flüchtigen 56 56 66 Stoffen des Extrudats
(Gewichtsprozent)
(Gewichtsprozent)
'■) enihki! 8 g Glyzerid als Ex;rusior.shi!fe
-') spezifisches Gewicht: 1.42 g/cm5 ;) davon 175 ml zur Regelung des Flüchiigstoflgehalts der Extrusionsmasse
Die Tabelle III führt die porösen Eigenschaften der fertigen Träger auf.
Tabelle III
Tabelle III
5 | Träger | Spezifisches | Gesamtporen- | Anteil (%) des | Gesamtporenvolumens | an Poren mit | Durchmesser |
Gewicht | voiumen | (in A) von | |||||
(g/cm1) | (cmVg) | <80 | 80 bis 150 | 150 bis 1000 | > 1000 | ||
η | A | 1,46 | 0,406 | 74,2 | 23,5 | 2,0 | 0,3 |
U | B | 1,31 | 0,495 | 27,2 | 55,5 | 6,5 | 10,8 |
C | 1,06 | 0,701 | 3,1 | 94,7 | 2,1 | 0,1 |
Von diesen drei Trägern A, B und C besitzt allein der Träger C alle erfindungsgemäßen Merkmale.
Der Träger A weist ein zu hohes spezifisches Gewicht und einen zu hohen Gehalt an Mikroporen mit einem
Durchmesser von weniger als 80 A auf. Der Gehalt an derartigen Poren unter 80 A ist ebenfalls zu hoch in dem
Träger B, bei dem außerdem der Anteil an Makroporen den vorgeschriebenen Grenzwert weit überschreitet.
Aus den in der Tabelle II aufgeführten Behandlungsbedingungen ergibt sich, daß die außergewöhnlichen Porositätseigenschaften
des Trägers C durch die Verwendung von einer relativ hohen Menge an Säure und die nachfolgende
teilweise (80prozentige) Neutralisierung derselben durch Ammoniumhydroxyd erhalten werden.
Allein der Träger C eignet sich zur Herstellung von Trägerkatalysatoren mit verbesserten Eigenschaften.
Zur Herstellung von Entschwefelungskatalysatoren wurden einerseits Träger mit einer erfindungsgemäßen
Porendurchmesserverteilung (siehe Tabelle IV: D, E, F, I und J), und andererseits dem Stand der Technik entsprechende
Trägermaterialien verwandt.
Aus den Angaben der nachstehenden Tabelle IV geht hervor, daß in den Katalysatoren G, H, M und N mehr
als 3%des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Durchmesser über 1000 A bestehen und weniger als 70%
derselben einen Durchmesser in dem Bereich von 80 bis 150 A besitzen. Bei den Katalysatoren K und L entspricht
der Gehalt an Makroporen den erfindungsgemäßen Vorschriften, nicht jedoch die Mikroporenverteilung.
Es ist zu beachten, daß die Porenverteilungen auf den Trägern und nicht auf dem fertigen Katalysator
bestimmt wurden, weil es nämlich wesentlich einfacher ist, die Porenverteilung vor der Tränkung des Trägers
mit den katalytisch aktiven Metallen zu bestimmen und letztere diese Verteilung nicht oder kaum verändern.
Die Porenverteilung in dem als Träger verwandten Aluminiumoxyd wurde mit Hilfe der Quecksilberporosimetrie
bestimmt; eine Beschreibung dieser Methode findet sich in: Winslow und Shapiri, »An Instrument for
Measurement or Pore Size Distribution by Mercury Penetration«, ASTM Bulletin, Februar 1959. Bei dieser
Technik ist der Quecksiiberküntakiwinkel in den Poren ein wesentlicher Faktor zur Berechnung der Porenverteilung,
und dieser Kontaktwinkel kann bei dem Imprägnieren des porösen Trägers mit Metallen je nach Art und
Menge derselben mehr oder weniger stark verändert werden, wodurch die Porenverteilungsbestimmungen in
den fertigen Katalysatoren weniger reproduzierbar sind als in dem noch nicht imprägnierten Träger. Es ist dies
ein weiterer Grund, diese Porenverteilungsbestimmung mit dem noch nicht getränkten Träger vorzunehmen.
Sämtliche in der vorliegenden Beschreibung angeführten Porenverteilungen wurden unter der Annahme
eines Kontaktwinkels von 140° berechnet.
Mit mehreren der beschriebenen Hydroentschwefelungskatalysatoren, von denen einige, wie angegeben,
nicht die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen, wurden Versuche unternommen, um deren Desaktivierungsgeschwindigkeit
festzustellen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den beigefügten Zeichnungen graphisch
erfaßt. In diesen trägt die Ordinate die Temperatur (in °C) der Entschwefelungszone und die Abszisse
gibt die Versuchsdauer (in Stunden) an.
Die kontinuierlichen Hydroentschwefelungsversuche, deren Ergebnisse in der Fig. 1 wiedergegeben sind,
wurden mit einem schweren Erdöl mit folgenden Spezifikationen durchgeführt: Siedepunkt
>298,9°C; API (American Petroleum Institute)-Dichte: 14,0°; Schwefelgehalt: 4,1 Gewichtsprozent. Die Versuchsbedingungen
waren folgende: effektiver Druck: 133,6 kg/cm2; die Temperatur wie auf der Ordinate angegeben, um bei
einer Durchsetzungsgeschwindigkeit von 0,2/h ein Endprodukt mit einem Restschwefelgehalt von 1 Gewichtsprozent
zu erhalten.
Die in den Figuren durch Referenzzeichen identifizierten Katalysatoren entsprechen den in den Tabellen III und IV beschriebenen. Für alle Katalysatoren wurde als Träger kalziniertes Aluminiumoxyd verwandt, und die in einer einzigen Imprägnierungsoperatior. mit den katalytisch aktiven Metallen getränkten Träger wurden nochmals bei 510°C kalziniert. Die Gehalte an katalytischen Metallen sind in den zwei rechten Kolonnen der Tabelle IV angegeben. Die in dem Diagramm der Fig. 2 erfaßten Resultate wurden mit einem Schweröl, mit einem Siedepunkt über 260°C, einer API-Dichte von 16,5° und einem Schwefelgehalt von 3,85 Gewichtsprozent, erhalten. Die Versuchsbedingungen waren wie folgt geregelt: effektiver Druck: 133,6 kg/cm2; Temperatur (auf der Ordinate angegeben) um bei einer Durchsatzgeschwindigkeit von 2,0/h einen Restschwefelgehalt von 1 Gewichtsprozent zu erhalten. Die für diese Versuche gebrauchten Katalysatoren besaßen die in der Tabelle IV aufgeführten Zusammensetzung und die katalytisch aktiven Metalle wurden in einer Imprägnierungsoperacion auf das kalzinierte Aiurniniurnoxyd aufgetragen.
Die in den Figuren durch Referenzzeichen identifizierten Katalysatoren entsprechen den in den Tabellen III und IV beschriebenen. Für alle Katalysatoren wurde als Träger kalziniertes Aluminiumoxyd verwandt, und die in einer einzigen Imprägnierungsoperatior. mit den katalytisch aktiven Metallen getränkten Träger wurden nochmals bei 510°C kalziniert. Die Gehalte an katalytischen Metallen sind in den zwei rechten Kolonnen der Tabelle IV angegeben. Die in dem Diagramm der Fig. 2 erfaßten Resultate wurden mit einem Schweröl, mit einem Siedepunkt über 260°C, einer API-Dichte von 16,5° und einem Schwefelgehalt von 3,85 Gewichtsprozent, erhalten. Die Versuchsbedingungen waren wie folgt geregelt: effektiver Druck: 133,6 kg/cm2; Temperatur (auf der Ordinate angegeben) um bei einer Durchsatzgeschwindigkeit von 2,0/h einen Restschwefelgehalt von 1 Gewichtsprozent zu erhalten. Die für diese Versuche gebrauchten Katalysatoren besaßen die in der Tabelle IV aufgeführten Zusammensetzung und die katalytisch aktiven Metalle wurden in einer Imprägnierungsoperacion auf das kalzinierte Aiurniniurnoxyd aufgetragen.
Aus den durchgeführten Versuchen geht eindeutig hervor, daß die erfindungsgemäßen Trägerkatalysatoren
niedrigere Desaktivierungsgeschwindigkeiten und infolgedessen eine längere Lebensdauer als die der Erfindung
nicht entsprechenden Katalysatoren aufweisen.
Gesamtporen- | Kobalt | 25 | 35 044 | Poren mit Durchmesser | > 1000 | |
Tabelle IV | volumen | (Gew.-%) | 0,4 | |||
Trager | (cm'/g) | 2,0 | Ληΐείΐ (%) | 150-1000 | 0,3 | |
0,647 | 2,6 | (in A) von | des Gesamtporenvolumens an | 3,5 | 0,9 | |
0,712 | 3,0 | <80 | 2,2 | 8,0 | ||
D | 0,815 | 3,4 | 9,2 | 5,7 | 26,2 | |
E | 0,570 | 2,4 | 6,1 | 3,2 | 1,4 | |
F | 0,679 | 2,8 | 18,0 | 3,5 | 0,3 | |
G | 0,648 | 2,2 | 43,3 | 3,3 | 0,2 | |
H | 0,717 | 2,0 | 43,1 | 14,7 | 0,7 | |
I | 0,543 | 2,6 | 14,8 | 2,3 | 8,0 | |
J | 0,749 | 2,7 | 3,0 | 66,7 | 4,3 | |
K | 0,694 | 2,5 | 46,0 | 7,1 | Desaktivierungsgesch windigkeit | |
L | 0,708 | 2,3 | 34,7 | (Einstufung von 1 bis 5) | ||
M | 37,8 | 1 | ||||
N | 18,3 | 2 | ||||
Katalysator | 3 | |||||
4 | ||||||
D | 80-150 | 5 | ||||
E | 86,9 | 1 | ||||
F | 91,4 | 1 | ||||
G | 75,4 | 3 | ||||
H | 45,5 | 2 | ||||
I | 27,2 | 2 | ||||
J | 80,5 | 4 | ||||
K | 81,8 | |||||
L | 51,5 | |||||
M | 30,3 | |||||
N | 47,1 | |||||
Hierzu 2 1 | 42,7 | |||||
Molybdän | ||||||
(Gew,- | ||||||
10,9 | ||||||
10,6 | ||||||
10,4 | ||||||
11,9 | ||||||
8,9 | ||||||
11,9 | ||||||
8,0 | ||||||
9,4 | ||||||
12,0 | ||||||
11,1 | ||||||
10,0 | ||||||
Blatt Zeichnungen | ||||||
Claims (2)
1. Kobalt oder Nickel sowie Molybdän auf Aluminiumoxid als Träger enthaltender Katalysator, erhältlich
durch Imprägnieren von Aluminiumoxid mit einer wäßrigen, eine oder mehrere Verbindungen dieser
5 Metalle enthaltenden Lösung, anschließendes Trocknen und Calcinieren, dadurchgekennzeichnet,
daß festes, lösbares a-Aluminiumoxid-monohydrat mit einer Teilchengröße von weniger als 500 μπι mit
einer wäßrigen Lösung von Salpetersäure, Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure und/oder Bromwasserstoff.lure
bei einer Säurekonzentration von 0,05 bis 0,20 Äquivalent pro Gramm Molekül Al2O3 behandelt wird, daß
die zugegebene Säure mindestens teilweise mit Hilfe einer wäßrigen Lösung einer stickstoffhaltigen Base
ίο neutralisiert wird, die pro zugemischtem Säureäquivalent 0,6 bis 1,2 Äquivalent Base enthält, daß das ganz
oder teilweise neutralisierte feste Material geformt, getrocknet und auf eine Temperatur zwischen 65,6 und
927° C erhitzt wird und daß der Träger in einer einzigen Stufe mit einer Lösung eines Kobalt- oder Nickelsalzes
und einer Heteropolymolybdänsäure imprägniert wird, wobei der Träger ein Gesamtporenvolumen
von wenigstens 0,5 cmVg aufweist, von dem weniger als 3% aus Makroporen mit einem Durchmesser über
15 1000 A und mindestens 70% aus Mikroporen mit einem Durchmesser zwischen 80 und 150 A bestehen, und
wobei die Gehalte an Kobalt oder Nickel 2 bis 5 Gew.-Teile und an Molybdän 5 bis 20 Gew.-Teile, jeweils
berechnet als reine Metalle, pro 100 Gew.-Teile Katalysator betragen.
2. Verwendung des Katalysators gemäß Anspruch 1 zur Hydroentschwefelung von Kohlenwasserstoffgemische:?
mit einem Gehalt von 10 ppm und mehr an metallischen Verunreinigungen.
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---|---|---|---|
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ID=23974139
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DE2535044A Expired DE2535044C2 (de) | 1974-08-12 | 1975-08-06 | Kobalt oder Nickel sowie Molybdän auf Aluminiumoxid als Träger enthaltender Katalysator und seine Verwendung zur Hydroentschwefelung von Kohlenwasserstoffgemischen |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4082697A (de) |
JP (1) | JPS5595B2 (de) |
BE (1) | BE832072A (de) |
CA (1) | CA1164436A (de) |
DE (1) | DE2535044C2 (de) |
FR (1) | FR2281788A1 (de) |
GB (1) | GB1502003A (de) |
NL (1) | NL171025C (de) |
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