DE2545882B2 - Verfahren zur reformierung von kohlenwasserstoffen und katalysator zu seiner durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zur reformierung von kohlenwasserstoffen und katalysator zu seiner durchfuehrungInfo
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Description
D«e Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen, bei dem die Kohlenwasserstoffe bei Reformierbedingungen mit einer Katalysatorzusammensetzung in Berührung gebracht werden,
die eine PlatingruppenmetaUkomponente, eine Zinnkomponente und eine Halogenkomponente in Vereinigung mit einem porösen Trägermaterial enthält sowie
den dabei einzusetzenden Katalysator.
Für die Reformierung von Kohlenwasserstoffen werden verbreitet bifimktionelle Katalysatorzusammensetzungen der vorstehend angegebenen Art die
sowohl Hydrier-Dehydrier-Wirkung als auch carboniumionenbildende Wirkung aufweisen, verwendet Im
allgemeinen wird die carboniumionenbildende Wirkung den sauer wirkenden, porösen, adsorptiven, widerstandsfähigen Oxyden zugeschrieben, die als Trägermaterial für die Schwermetallkomponenten benutzt werden; die Hydrier-Dehydrier-Wirkung wird den Schwermetallkomponenten zugeschrieben. Diese Katalysatorzusammensetzungen beschleunigen mehrere Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen gleichzeitig, und
zwar bei der Reformierung, bei der ein Kohlenwasserstoffbeschickungsstrom aus vornehmlich Paraffinen und
Naphthenen den Umwandlungsbedingungen unterworfen wird, insbesondere die Dehydrierung von Naphthenen zu Aromaten, Dehydrocydisierung von Paraffinen
zu Aromaten, Isomerisierung von Paraffinen und Naphthenen, Hydrokrackung und Hydrogenolyse von
Naphthenen und Paraffinen. Hierdurch wird ein hochoctaniger, aromatenreicher Produktstrom erzeugt
Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, daß der bifunktionelle Katalysator die angestrebten Wirkungen
nicht nur während einer Anfangsperiode, sondern in zufriedenstellender Weise während langer Beiriebszeiträume gewährleistet Die analytischen Kennwerte zur
Kennzeichnung der Leistungsfähigkeit eines bestimm-
,„ für die KohlenwasserstoffreformiexQduv Aktivität, seine Selektivität und seine
IfSese Kennwerte werden für ein gegebenes
Lteriai wie folgt definiert: (1) Die Aktivität ist
' r die Fähigkeit des Katalysators, KohlenwasionsteUnehmer bei einer bestimmten Bein Produkte umzuwandeln, wobei unter
pswjchäife die angewendeten Bedingungen zu
and, dh, die Temperatur, der Druck, die
EUier und die Anwesenheit von Verdün- ^ wie H2; (2) die Selektivität kennzeichnet
M1OUi Menge an erwünschtem Produkt in bezug
s-Menge an zugeführten oder umgewandelten
r" teünehmern; (3) die Stabilität istgekennzeich-
;o das Ausmaß der zeitlichen Änderung der ΙναάSelektivität, wobei natürlich eine geringe-
IO
Reformierung von Kohlenwasserstoffen, das zu weiter
verbesserten Ergebnissen führt, bzw. einen Katalysator für die Durchführung des Verfahrens, der sich durch
weiter verbesserte Aktivitäts-, Selektivitäts- und Stabilitätseigenschaften auszeichnet, zu schaffen. Insbesondere soll bei dem Verfahren bzw. durch den dabei
eingesetzten Katalysator eine vorteilhafte Verschiebung und Stabilisierung der Cs+'Ausbeute-Octanzahl-Beziehung bei der geringstmöglichen Betriebsschärfe
erreicht werden, wobei die C5+-Ausbeute für die
Selektivität kennzeichnend und die Octanzahl der Aktivität proportional ist
Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei der
Reformierung deutlich günstigere Ergebnisse erzielt werden, wenn man mit einer sauren Katalysatorzusammensetzung arbeitet, die bestimmte Mengen einer
liehe Änderung einen stabileren Katalysator Platingruppenmetallkomponente, einer Kobaltkompo-
^,Sl111 einzelnen wird bei einem Reformierverfah- nente, einer Zinnkomponente und einer Halogenkom-
iS Aktivität d. h. das Ausmaß der für ein gegebenes ponente in gleichermäßiger Verteilung der Metallkom-
!Senden Umwandlung, zumeist gemessen durch die bestimmten Oxydationszuständen der einzelnen Metall-
ivLnrahl des Produktstroms, der aus Kohlenwasser- komponenten enthält .
S abgekürzt als C5+ bezeichnet) besteht; die zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen, bei dem
Sektivitlfwird gemessen durch die Menge der 25 die Kohlenwasserstoffe bei Reformierbedmgungen mit
b f d ltg in Berührung ge-
einer Katalysatorzusammensetzung in Berührung gebracht werden, die eine Platingruppenmetallkomponente, eine Zinnkomponente und eine Halogenkomponente
in Vereinigung mit einem porösen Trägermaterial enthält, das dadurch gekennzeichnet ist daß man die
Kohlenwasserstoffe mit einer sauren Katalysatorzusammensetzung in Berührung bringt, die in Vereinigung
mit dem porösen Trägermaterial, berechnet als Elemente, 0,01 bis 2 Gewichtsprozent Platingruppenmetall, 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Kobalt 0,01 bis
Gewichtsprozent Zinn und 0,1 bis 3,5 Gewichtsprozent Halogen enthält wobei das Platingruppenmetall, das
Kobalt und das Zinn gleichmäßig durch das gesamte
auf die Beschickungsmenge, die bei der jeweiligen Aktivität oder Betriebsschärfe
erhalten wird; die Stabilität wird normalerweise deichgesetzt der zeitlichen Änderung der Aktivität,
«messen durch die Octanzahl des Cs+-Produktes, und der Selektivität gemessen durch die C5+-Ausbeute.
Allerdings ist letzteres nicht genau zutreffend, da im alteemeinen ein kontinuierliches Reformierverfahren so
betrieben wird, daß ein C5+-Produkt konstanter
Octanzahl anfällt wobei hierzu die Betriebsschärfe ständig angepaßt wird, normalerweise indem man die
Temoeratur in der Reaktionszone nachsteflt Demge-
festes oder halbfestes, kohlenstotrnamges Maxe"d' . . f wirkende Katalysatorzusammenset-
B^«'™»»°M-hrksrir.sr„an,*« .KÄSE„An*. ***** ™.
Graphit verwandt sind. Diese Koksablagerungen überziehen die Oberfläche des Katalysators und
verringern demgemäß sehe Aktivität durch Abschirmung seiner aktiven Stellen gegen die Reaktionsteilnehmer. Eine Verbesserung wird erreicht durch Entwicklung von aktiveren und/oder selektiveren Katalysatorxusammensetzungen, die nicht so empfindlich gegen die
Anwesenheit dieser kohlenstoffhaltigen Substanzen
wird, wie auch durch die nachstehenden Beispiele mit
Vergleichsuntersuchungen belegt wird, die Leistungsfähigkeit des Reformierverfahrens erheblich verbessert
55 Der Katalysator zeigt in dem Verfahren einschneidend verbesserte Aktivitäts-, Selektivitäts- und Stabilitätseigenschaften, vorausgesetzt, daß die Metallkomponenten gleichmäßig durch das gesamte Trägermaterial
verteilt sind und ihre Oxydationszustände den angege-1 ''■— «~— rvi rriinctiiictpn F.rpehnis-
sind und/oder die Fähigkeit haben, die Bildung dieser 60 benen Vorschriften genügen. Die günstigsten Ergebniskohlenstoffhaltigen Substanzen auf dem Katalysator se werden gewöhnlich erzielt, wenn die Halogenkompokurückzudrängen oder zu unterdrücken. Wenngleich bei nente aus gebundenem Chlorid und das Trägermaterial
der Reformierung mit Katalysatoren der eingangs aus Aluminiumoxyd bestehen und die mittlere Kristallitangegebenen Art bereits gute Ergebnisse erzielt oder Teilchengröße der Zinn- und Kobaltkomponenten
Worden sind, besteht auf dem Fachgebiet ständig ein 65 weniger als 100 Angströmeinheiten in der größten
ausgeprägtes Interesse nach weiterer Verbesserung. Abmessung beträgt. Der wichtigste durch die Erfindung
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrun- erzielte Vorteil liegt in der Eröffnung oder Verbessede. ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zur rung der Möglichkeit, die Reformierung bei hoher
Betriebsschärfe in stabiler Weise durchzuführen, ζ, Β.
eine Reformierung bei niedrigem oder mäßigem Druck
zur Erzeugung eines Q+'Refonnats mit einer Octan·
zahl, F-I ohne Antiklopfmittelzusatz, von etwa 100. Bei
der Reformierung mit dem erfindungsgemäß vorge- S schriebenen Katalysator werden infolge der hohen
Aktivität und Stabilität bereits bei verhältnismäßig niedrigen Reaktionstemperaturen hohe Ausbeuten an
C5 -Reformat hoher Octanzahl erzielt, und die Reformierung kann über lange Betriebszeiträume mit to
ausgezeichneter Produkterzeugung durchgeführt werden.
Nachstehend werden Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter erläutert
Vorzugsweise enthält die KatalysatorzusammensetzuBg 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Platin, 0,5 bis 2
Gewichtsprozent Kobalt, 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Zinn und 03 bis 13 Gewichtsprozent Halogen.
Das poröse, adsorptive Trägermaterial sollte eine hohe Oberflächengröße, zweckmäßig etwa 25 bis
500 mVg, aufweisen. Es können übliche Trägermaterialien eingesetzt werden. Als Beispiele seien genannt: (1)
Aktivkohle, Koks oder Holzkohle; (2) Siliciumdioxyd oder Siliciumdioxydgel, Siliciumcarbid, Tone und Silicate, sowohl synthetisch hergestellte als auch natürlich
vorkommende Materialien, wobei diese säurebehandelt sein können, aber nicht sein müssen, z. B. Attapulgus-Ton, Porzellanton, Diatomeenerde, Fullererde, Kaolin,
Kieselgur; (3) keramische Stoffe, Porzellan, zerkleinerter Schamottestein, Bauxit; (4) widerstandsfähige
anorganische Oxyde, wie Aluminiumoxyd, Titandioxyd, Zirkondioxyd, Chromoxyd, Berylliumoxyd, Vanadiumoxyd, Caesiumoxyd, Hafniumoxyd, Zinkoxyd. Magnesiumoxyd, Boroxyd, Thoriumoxyd, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd-Magnesiumoxyd, Chrom-
oxyd-Aiuminiumoxyd, Aluminiumoxyd-Boroxyd, Siliciumdioxyd-Zirkonoxyd; (5) kristalline zeolithische Aluminosilicate, ζ. Β. natürlich vorkommender oder synthetisch hergestellter Mordenit und/oder Faujasit, entweder in der Wasserstofform oder in einer mit
mehrwertigen Kationen behandelten Form; (6) Spinelle, z. B. MgAl2O4, FeAl2O4, ZnAl2O4, MnAl2O4, CaAl2O4
und entsprechende Verbindungen der Formel MO-AI2O3, in der M ein Metall mit einer Wertigkeit von
2 bedeutet; (7) Kombinationen von einzelnen oder mehreren Stoffen aus einer oder mehreren dieser
Gruppen. Bevorzugt werden widerstandsfähige anorganische Oxyde, insbesondere Aiuminiumoxyd-Trägermaterialien. Geeignete kristalline Aluminiumoxyde sind
gamma-, eta- und theta-Aluminiumoxyd, wobei gamma- oder eta-Aluminiumoxyd die besten Ergebnisse liefern.
Zusätzlich kann das Aluminiumoxyd-Trägermaterial geringere Mengen anderer hochschmelzender anorganischer Oxyde, z. B. Siiiciuindioxvd, Zirkonoxyd, Magnesiumoxyd, enthalten, der bevorzugte Träger ist jedoch
im wesentlichen reines gamma- oder eta-Aluminiumoxyd. Bevorzugte Trägermaterialien haben ein scheinbares Schüttgewicht von 0,3 bis 0,8 g/cm1, einen
mittleren Porendurchmesser von 20 bis 300 Angströmeinheiten ein Porenvolumen von O1! bis 1 cm3/g und eine
Oberflächengröße von 100 bis 500m2/g. Besonders
bevorzugt wird ein gamma-Aluminiumoxyd-Trägermaterial in Form kugelförmiger Teilchen mit einem
verhältnismäßig kleinen Durchmesser, gewöhnlich in der Gegend von etwa 1,6 mm, einem scheinbaren
Schüttgewicht von etwa 0,3 bis 0,8 g/cm3, einem Porenvolumen von etwa 0,4 ml/g und einer Oberflächengröße von etwa 200 m2/g.
Ein wesentlicher Bestandteil der sauren Mehrmetall-Katalysatorzusammenseti*ing ist die Zinnkomponente.
Es muß im wesentlichen die Gesamtmenge der Zinnkomponente in einem Oxydationszustand oberhalb
dem des elementaren Metalls vorliegen, am besten im positiv zwei- oder vierwertigen Oxydationszustand. Die
Zinnkomponente kann als chemische Verbindung, z. B. als Oxyd, Halogenid oder Oxyhalogenid, wobei der
Zinnanteil einen positiven Oxydationszustand aufweist, oder in chemischer Vereinigung mit dem Trägermaterial in einer solchen Weise, daß die Zinnkomponente
einen positiven Oxydationszustand hat, vorliegen. Geregelte Reduktionsversuche mit den Katalysatorzusammensetzungen haben gezeigt, daß die Zinnkomponente durch Wasserstoff bei Temperaturen im Bereich
von 538 bis 649°C nicht reduziert wird. Es muß bei der
Herstellung und Anwendung des Katalysators sichergestellt werden, daß der Katalysator nicht einer
reduzierenden Atmosphäre bei Temperaturen über 649° C ausgesetzt wird. Ferner hat die Zinnkomponente
nur dann, wenn sie in einem gleichmäßig verteilten Zustand in dem Trägermaterial vorliegt, die Fähigkeit,
ihren positiven Oxydationszustand beizubehalten, wenn der Katalysator der nachstehend erläuterten Vorreduktionsstufe unterworfen wird; wenn die Zinnkomponente
nicht richtig auf dem Träger dispergiert ist, kann sie bei der Vorreduktionsstufe reduziert werden, und es ergibt
sich ein schlechterer Katalysator. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Zinnkomponente in dem
Katalysator als Zinnoxyd anwesend ist. Der Ausdruck »Zinnoxyd« soll dabei einen koordinierten Zinn-Sauerstoff-Komplex bedeuten, der nicht notwendigerweise
stöchiometnsch sein muß.
Die Zinnkomponente muß gleichmäßig durch das gesamte Trägermaterial, zweckmäßig in einer Teilchenoder Kristallitgröße mit einer Maximalabmessung von
weniger als 100 Angströmeinheiten, verteilt und dispergiert sein. Nur dann kann die Zinnkomponente in
einwandfreier Weise ihren bevorzugten Oxydationszustand aufrechterhalten, wenn der Katalysator einer
Hochtemperatur-Vorreduktionsbehandlung bzw. den Kohlenwasserstoffreformierungsbedingungen unterworfen wird. Der Ausdruck »gleichmäßige Verteilung«
einer bestimmten Komponente in dem Trägermaterial soll dabei den Zustand beschreiben, bei dem die
Konzentration des betreffenden Bestandteils in jedem sinnvoll teilbaren Anteil des Trägermateriais annähernd
die gleiche ist. Der Ausdruck »Teilchen oder Kristallite mit einer Maximalabmessung von weniger als 100
Angströmeinheiten« soll Teilchen kennzeichnen, die durch ein Sieb mit einer Maschengröße von 100
Angströmeinheiten, wenn die Herstellung eines solchen Siebes möglich wäre, hindurchgehen würden.
Die Zinnkomponente kann in die Katalysatorzusammensetzung nach bekannten Methoden eingeführt
werden, z. B. durch gemeinsame Fällung oder gemeinsame Gelierung eines löslichen Zinnsalzes mit dem
Trägermaterial, durch Ionenaustausch von in dem Trägermaterial anwesenden Ionen gegen Zinnionen,
wenn die Ionenaustauschsteilen gleichmäßig durch das gesamte Trägermaterial verteilt sind, oder durch
Imprägnierung des Trägermaterials mit einem löslichen Zinnsalz unter solchen Bedingungen, daß sich eine
Durchdringung aller Bereiche des Trägermateriais mit der Zinnkomponente ergibt. Bevorzugt wird die
gemeinsame Fällung oder gemeinsame Gelierung der Zinnkomponente während der Herstellung des Trägermaterials, insbesondere Aluminiumoxyd. Dies erfolgt
zumeist durch Zugabe einer löslichen Zinnverbindung, z. B. Zinn(H- oder Zinn(IV)-chlorid, zu einem Aluminiumoxyd-Hydrosol,
Vermischung dieser Bestandteile zur Herbeiführung einer gleichmäßigen Verteilung des
Zinnanteils durch das Sol und anschließende Einbringung eines Gelierungsmittels in das Hydrosol sowie
Eintropfen des anfallenden Gemisches in ein ölbad. Nach dem Trocknen und Calcinieren des anfallenden
gelierten Trägermaterials ergibt sich eine innige Vereinigung von Aluminiumoxyd und Zinnoxyd mit der
erwünschten Verteilung und Teilchengröße. Eine andere bevorzugte Methode zur Einverleibung der
Zinnkomponente in die Katalysatorzusammensetzung arbeitet mit einer löslichen zersetzbaren Zinnverbindung
zur Imprägnierung des porösen Trägermaterials. Geeignete Zinnverbindungen sind insbesondere
Zinn(II)-bromid, Zinn(II)-chlorid, Zinn(lV)-chlorid. Zinn(IV)-chlorid-pentahydrat, Zinn(IV)-chlorid-diamin,
Zinn(IV)-trichlorid-bromid, Zinn(IV)-bromat, Zinn(II)-fluorid, Zinn(IV)-fluorid, Zinn(IV)-iodid, Zinn(IV)-sulfat
und Zinn(IV)-tartrat Das für die Imprägnierung verwendete Lösungsmittel nach den Gesichtspunkten
der Fähigkeit, die Zinnverbindung aufzulösen und den Zinnanteil in Lösung zu halten, bis er gleichmäßig durch
das gesamte Trägermaterial verteilt ist. gewählt; vorzugsweise handelt es sich um eine wäßrige, ziemlich
stark saure Lösung. Geeignete Säuren sind z. B. Salzsäure. Salpetersäure sowie stark saure organische
Säuren, z. B. Oxalsäure, Malonsäure, Zitronensäure, Apfelsäure, Ameisensäure und Weinsäure. Die Zinnkomponente
kann vor. gleichzeitig mit oder nach Einführung der anderen Metallkomponenten in das
Trägermaterial einverleibt werden. Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt, wenn die Zinnkomponente in
das Trägermaterial während dessen Herstellung eingeführt wird und die anderen Metallkomponenten in einer
nachfolgenden Imprägnierstufe, nachdem das zinnhaltige Trägermaterial calciniert ist, eingebracht werden.
Der zweite wesentliche Bestandteil des Katalysators ist die Platingruppenmetallkomponente. Es kommen
Platin, Iridium, Osmium. Ruthenium. Rhodium, Palladium oder Gemische davon in Betracht. Im wesentlichen
die Gesamtmenge der Platingruppenkomponente muß in der endgültigen Katalysatorzusammensetzung im
elementaren metallischen Zustand vorliegen.
Die Platingruppenkomponente kann nach bekannten Methoden einverleibt werden, die zu einer gleichmäßigen
Verteilung in dem Trägermaterial führen, z. B. durch
gemeinsame Fällung oder gemeinsame Gelierung, Ionenaustausch oder Imprägnierung. Bevorzugt wird
die gleichmäßige Imprägnierung des Trägermaterials mit einer löslichen zersetzbaren Verbindung des
Platingruppenmetalls, beispielsweise mit einer wäßrigen Lösung von Chlorplatin- oder Chloriridium- oder
Chiorpalladiumsäure oder Rhodhimtrichlorid.
Der dritte wesentliche Bestandteil der Katalysatorzusammensetzung ist die Kobaltkomponente. Diese kann
in Form mannigfaltiger zersetzbarer Verbindungen der nachstehend angegebenen Art in die Katalysatorzusammensetzung eingebracht werden, jedoch ist der
katalytisch aktive Zustand fur die Kohlenwasserstoff reformierung der elementare metallische Zustand. Demgemäß muß im wesentlichen die Gesamtmenge der
Kobaltkomponente in der Katalysatorzusammensetzung entweder im elementaren metallischen Zustand
oder in einein Zustand, der unter Kohlenwasserstoffrefoiiedingungen zum elementaren metallischen
Zustand reduzierbar ist, vorliegen. Der letztgenannte
Zustand wird beispielsweise erreicht, wenn die Kobaltkomponente anfänglich in Form von Kobaltoxyd,
-halogenid, -oxyhalogenid oder in Form ähnlicher reduzierbarer Verbindungen anwesend ist. Die Anwesenheit
des Kobalts in Formen, die bei Reformierbedingungen nicht reduzierbar sind, muß vermieden werden,
wenn die vollen Vorteile der Erfindung gewährleistet werden sollen. Beispiele für derartige unerwünschte
Formen sind Kobaltsulfid und die Schwefelsauerstoffverbindungen des Kobalts, z. B. Kobaltsulfat. Beste
Ergebnisse werden erzielt, wenn die Katalysatorzusammensetzung anfänglich die Gesamtmenge der Kobaltkomponente
im elementaren metallischen Zustand oder ir einem reduzierbaren oxydischen Zustand oder in
einem Gemisch dieser Zustandsformen enthält. Alle einschlägigen Feststellungen zeigen, daß die bevorzugte
Herstellungsweise, wie sie im einzelnen auch im nachstehenden Beispiel 1 beschrieben ist, einen
Katalysator ergibt, bei dem die Kobaltkomponente in einer reduzierbaren oxydischen Form vorliegt.
Die Kobaltkomponente kann nach bekannten Methoden eingeführt werden, so daß sich eine gleichmäßige
Verteilung von Kobalt in dem Trägermaterial ergibt, z. B. durch gemeinsame Fällung, gemeinsame Gelierung,
Ionenaustausch oder Imprägnierung. Die Kobaltkomponente kann in irgendeiner Stufe der Katalysatorherstellung,
entweder während der Herstellung des Trägermaterials oder danach, eingebracht werden.
Vorzugsweise wird die Kobaltkomponente gleichmäßig durch das gesamte Trägermaterial in einer Teilchenoder
Kristallitgröße mit einer Maximalabmessung von weniger als 100 Angströmeinheiten verteilt. Eine
brauchbare Arbeitsweise hierzu ist die gemeinsame Gelierung oder gemeinsame Ausfällung der Kobalt komponente
während der Herstellung des Trägermaterials, insbesondere Aluminiumoxyd. Dies erfo'~t gewöhnlich
durch Zugabe einer löslichen, zersetzbaren und reduzierbaren Kobaltverbindung, wie Kobaltchlorid
oder -nitrat, zu dem Aluminiumoxydhydrosol, bevor dieses geliert wird. Das anfallende Gemisch wird dann
durch herkömmliches Gelieren, Altern, Trocknen und Calcinieren, wie vorstehend erläutert, fertiggestellt.
Eine bevorzugte Methode zur Einverleibung der Kobaltkomponente ist eine Imprägnierungsbehandlung,
bei der das poröse Trägermaterial entweder vor. während oder nach einer Calcinierung oder Oxydation
mit einer kobalthaltigen Lösung imprägniert wird. Bei dem zur Bildung der Imprägnierlösung benutzten
Lösungsmittel kann es sich um Wasser, Alkohol Äther oder irgendein anderes organisches oder anorganisches
Lösungsmittel handeln, das keine nachteilige Wechselwirkung mit irgendeinem der anderen Bestandteile der
Katalysatorzusammensetzung zeigt oder die Verteilung und Reduktion der Kobaltkomponente beeinträchtigt.
Bevorzugt werden wäßrige Lösungen von zersetzbaren und reduzierbaren Kobaltverbindungen, insbesondere
von Kobaltchlorid oder Kobaltnitrat Die Kobaltkomponente kann in das Trägermaterial entweder vor,
gleichzeitig mit oder nach der Einführung der anderen
MetaUkomponenten eingebracht werden. Beste Ergebnisse werden gewöhnlich erzielt, wenn die Kobaltkomponente gleichzeitig mit der Platingruppenkomponente
mittels einer sauren wäßrigen Imprägnierlösung eingeführt wird, z. B. mittels einer wäßrigen sauren Lösung.
6$ die Chlorplatinsäure, Kobalt(ll)-chlorid und Salzsture
enthält
Ferner muß eine Halogenkomponente in die Katarysatorzusammensetzuag eingeführt werden. Die Halo
genkomponente wird üblicherweise als an das Trägermaterial
oder die anderen Bestandteile des Katalysators in Form des Halogenids gebunden angesehen. Bei
diesem gebundenen Halogen kann es sich um Fluor, Chlor, Jod, Brom oder Gemische davon handeln, Fluor
und insbesondere Chlor werden bevorzugt. Das Halogen kann entweder während der Herstellung des
Trägers oder vor oder nach der Einführung der anderen Komponenten in das Trägermaterial eingebracht
werden, beispielsweise in irgendeiner Stufe der TrägermaterialhersteHung oder in das calcinierte
Trägermaterial in Form einer wäßrigen Lösung einer zersetzbaren halogenhaltigen Verbindung, z. B. Fluorwasserstoff,
Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder Ammoniumchlorid. Die Halogenkomponente oder ein
Teil davon kann auch mit dem Trägermaterial während dessen Imprägnierung mit den Platingruppen-, Kobaltoder
Zinnkomponenten vereinigt werden, z. B. durch Verwendung eines Gemisches von Chlorplatinsäure und
Chlorwasserstoff. Weiterhin kann das Aluminiumoxydhydrosol, das normalerweise zur Bildung des Aluminiumoxyd-Trägermaterials
eingesetzt wird, Halogen enthalten und somit mindestens einen Teil der Halogenkomponente für die endgültige Katalysatorzusammensetzung
liefern.
Vorzugsweise wird die Menge der Kobaltkomponente so gewählt, daß das Atomverhältnis von Kobalt zu
Platingruppenmetall in der Katalysatorzusammensetzung 0,8 :1 bis 66 :1, vorzugsweise 1,6 :1 bis 18 :1,
beträgt Weiter wird die Menge der Zinnkomponente zumeist so gewählt, daß das Atomverhältnis von Zinn zu
Platin- oder Palladiummetall 0,1 :1 bis 13:1, vorzugsweise 0,3 : 1 bis 5 :1. beträgt.
In dem Katalysator sollte der »Gesamtmetallgehalt«, d. h. die Summe der Platingruppenkomponente, der
Kobaltkomponente und der Zinnkomponente, berecnnet als Elemente, 0,15 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise
0,3 bis 3 Gewichtsprozent, betragen.
Unabhängig von den Einzelheiten, wie die Komponenten
des Katalysators mit dem porösen Trägermaterial vereinigt werden, wird der endgültige Katalysator
im allgemeinen bei einer Temperatur von 93 bis 316° C
während eines Zeitraumes von mindestens 2 bis 24 Stunden getrocknet und schließlich bei einer Temperatur
von 371 bis 593° C in einer Luft- oder Sauerstoff atmosphäre
während eines Zeitraumes von 0,5 bis 10 Stunden calciniert und oxydiert, um im wesentlichen die
Gesamtmenge der Metallkomponenten in die entsprechende Oxydform umzuwandeln. Vorzugsweise wird
der Halogengehalt des Katalysators während der Oxydationsbehandlung eingestellt, indem man ein
Halogen oder eine halogenhaltige Verbindung, wie HCL in die verwendete Luft oder sauerstoffhaltige Atmosphäre einbringt Insbesondere wenn die Halogenkomponente des Katalysators aus Chlor besteht, wird es
bevorzugt, ein Molverhältnis von H2O zu HQ von 5:1
bis 100:1 während mindestens eines TeSs der
Oxydationsbehandlung cnzuwenden, um den endgültigen Chlorgehalt des Katalysators auf 0,1 bis 3,5
Gewichtsprozent einzustellen. Vorzugsweise betragt die Dauer dieser HaJogenierungsbehandlung 1 bis 5
Stunden.
Die anfallende oxydierte Katalysatorzusammensetzung wird vor ihrer Verwendung bei der Kohlenwasserstoffreformierung vorzugsweise einer Reduktionsbehandlung in einer im wesentlichen wasserfreien und
kohlenwasserstofffreien Umgebung unrn. Diese Reduktionsbehandlung dient dazu, die Platingruppenkomponente selektiv in den elementaren metallischen
Zustand zu reduzieren und eine gleichmäßige und feinteilige Dispersion der Metallkomponenten durch
das gesamte Trägermaterial sicherzustellen und dabei gleichzeitig die Zinnkomponente in einem positiven
Oxydationszustand zu halten. Vorzugsweise wird im wesentlichen reiner und trockener Wasserstoff, insbesondere
mit weniger als 20 Volumenteile je Million H2O,
als Reduktionsmittel verwendet. Die Reduktion wird bei Bedingungen durchgeführt, insbesondere bei einer
Temperatur von 427 bis 649° C und einem Behandlungszeitraum von 0,5 bis 10 Stunden, die eine Reduktion
praktisch der Gesamtmenge der Platingruppenkomponente in den elementaren metallischen Zustand
gewährleisten und gleichzeitig die Zinnkomponente in einem Oxydationszustand oberhalb dem des elementaren
Metalls belassen. Überraschenderweise wurde gefunden, daß — wenn diese Reduktionsbehandlung mit
einem kohlenwasserstofffreien Wasserstoffstrom bei der angegebenen Temperatur durchgeführt wird und
die Kobaltkompor.ente nach den gegebenen Vorschriften in oxydischer Form und in der angegebenen
Teilchengröße in dem Trägermaterial verteilt ist keine wesentlichen Mengen der Kobaltkomponente in
dieser Arbeitsstufe reduziert werden. Sobald der Katalysator jedoch dann mit einem Gemisch von
Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen in Berührung kommt, wird im wesentlichen die Gesamtmenge der
Kobaltkomponente bei den angegebenen Reduktionstemperaturen rasch reduziert. Diese Reduktionsbehandlung
kann an Ort und Stelle als Teil der Anfahrmaßnahmen bei der Inbetriebnahme des Katalysators
durchgeführt werden, sofern Vorkehrungen getroffen werden, um die Anlage auf einen im
wesentlichen wasserfreien Zustand vorzutrocknen und weitgehend wasserfreier und kohlenwasser^offfreier
Wasserstoff benutzt wird.
Die anfallende reduzierte Katalysatorzusammensetzung wird vorzugsweise in einem schwefelfreien
Zustand gehalten, sowohl während ihrer Herstellung als auch danach bei ihrer Verwendung für die Reformierung
von Kohlenwasserstoffen.
Bei der Reformierung -werden das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial
und Wasserstoff toü dem Katalysa-
tor in einer Reformierzone in Berührung gebracht. Dabei kann der Katalysator als Festbett, in Form eines
sich bewegenden Bettes oder Fließbettes, als Wirbelschichtbett oder für eine ansatzweise Betriebsdurchführung
eingesetzt werden. Vorzugsweise wird mil
Festbetten oder Dichtphasen-Bewegtbetten, etwa wie
sie in der US-Patentschrift 37 25 249 erläutert sind gearbeitet
Für die Reformierung werden Einsatzmaterialier bevorzugt, die weitgehend aus Naphthenen unc
Paraffinen bestehen, wenngleich in manchen Fäflet
Aromaten und/oder Olefine ebenfalls anwesend seil können. Zu bevorzugten Einsatzmaterialien gehörei
Straightnm-Benzine, Naturbenzine und synthetisch«
Benzine. Thermisch oder katalytisch gekrackte Benzin«
oder höher siedende Fraktionen davon sowie Gemisch« von Straightnin- and Krackbenzinen können ebenfail
vorteilhaft verarbeitet werden. Bei der Benzinbeschik
Kong kann es sich um ein Benzin vollen Sedeberefcoe
nut einem Anfangssiedepunkt von 10 bis 66eC on«
emem Siedeendpunkt im Bereich von 163 bis 2»"<
handeln, oder es kann eine ausgewählte Benzinfraktkw
verarbeitet wenfen, üblicherweise eine höh«· steten*
gewöhnlich als Schwerbenzin bezeichnete Fraktiof
ζ. B. ein Schwerbenzin im Siedebereich von C7 bis
2040C.
Vorzugsweise wird die Reformierung in einer im wesentlichen schwefelfreien Umgebung durchgeführt.
Der Ausdruck »im wesentlichen schwefelfreie Umgebung« soll bedeuten, daß die Gesamtmenge, ausgedrückt
als äquivalenter elementarer Schwefel, an Schwefel oder bei den angewendeten Reaktionsbedingungen
zur Bildung eines Metallsulfids befähigten schwefelhaltigen Verbindungen, die aus irgendeiner
Herkunftsquelle in die den Katalysator enthaltende Reaktionszone eintritt, ständig bei Werten entsprechend
weniger als 10 Gewichtsteile je Million des Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials, vorzugsweise weniger
als 5 Gewichtsteile je Million und besonders bevorzugt weniger als 1 Gewichtsteil je Million,
gehalten wird.
Wenn der Schwefelgehalt des Beschickungsstromes die vorstehend angegebenen Mengen übersteigt, ist es
erforderlich, das Einsatzmaterial zur Entfernung der unerwünschten Schwefelverunreinigungen vorzubehandeln.
Dies kann ohne weiteres nach einer der herkömmlichen katalytischen Vorbehandlungsmethoden,
z. B. Hydrofinierung, hydrierende Behandlung, Hydrotreating oder Hydrodesulfurierung erfolgen,
wobei im wesentlichen alle schwefelhaltigen, stickstoffhaltigen und wasserergebenden Verunreinigungen aus
dem Beschickungsstrom entfernt werden. Gewöhnlich wird hierzu der schwefelhaltige Beschickungsstrom mit
einem schwefelfesten Hydrofinierungskatalysator in Gegenwart von Wasserstoff unter Umwandlungsbedingungen
zur Zersetzung schwefelhaltiger Verunreinigungen und Bildung von Schwefelwasserstoff in Berührung
gebracht
Weiter wird es im allgemeinen bevorzugt, die Reformierung in einer im wesentlichen wasserfreien
Umgebung durchzuführen. Vorzugsweise sollte die Gesamtmenge an Wasser, die aus irgendeiner Herkunftsquelle
in die Reformierzone eintritt, unter 20 Teilen je Million und vorzugsweise unter 5 Teilen je
Million, ausgedrückt als Gewicht an äquivalentem Wasser in dem Einsatzmaterial, gehalten werden. Dies
kann durch sorgfältige Überwachung und Steuerung des im Einsatzmaterial und im Wasserstoffstrom anwesenden
Wassers erreicht werden. Das Einsatzmaterial kann mit bekannten Trocknungsmitteln getrocknet werden,
beispielsweise mit einem festen Adsorptionsmittel, das hohe Selektivität für Wasser aufweist, z. B. kristallinen
Natrium- oder Calciumaluminosilicaten, Siliciumdioxydgel, aktiviertem Aluminiumoxyd, Molekularsieben, wasserfreiem Calciumsulfat oder Natrium hoher Oberflächengröße. Weiterhin kann der Wassergehalt des
Einsatematerials durch eine Abstreifbehandlung in einer Fraktionierkolonne eingestellt werden. In manchen
Fällen kann auch eine Kombination von Adsorpäonsmitteltrockmmg und Destillationstrocknung mit Vorteil
angewendet werden, um eine fast vollständige Entfernung von Wasser aus dem F.insatzmaterial herbeizufuhren. Vozgsse wird das Einsatzmaterial auf einen
Wert entsprechend einem HjO-Äquivalent von weniger
ab 5 Gewichtsteile je Million getrocknet Im allgemeinen wird es ferner bevorzugt, den in die Reformierzone
eintretenden Wassertoffstrom bei einem Wassergehalt von etwa 10 Vohimenteiie je Million oder weniger und
besonders bevorzugt etwa S Volumemeile je Million otter weniger zu halten. Wenn der Wassergehalt in dem
Wasserstoffstrom zu hoch ist, kann die Trocknung bequem durch InberOhrungb ringen des Wasserstoffstromes mit einem Trocknungsmittel, z. B. einem
Trocknungsmittel der oben angegebenen Art, durchgeführt werden.
Bei der Reformierung wird der Ausfluß aus der Reformierzone durch eine Kühleinrichtung in eine
Trennzone geleitet, die normalerweise bei einer Temperatur von —4 bis 660C gehalten wird; dort wird
ein wasserstoffreicher Gasstrom von einem hochoctanigen flüssigen Produktstrom, der gewöhnlich als
unstabilisiertes Reformat bezeichnet wird, abgetrennt Wenn der Wassergehalt in dem Wasserstoffstrom
außerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches liegt wird mindestens ein Teil dieses wasserstoffreichen
Gasstromes aus der Trennzone abgezogen und durch eine Adsorptionszone geleitet die ein für Wasser
selektives Adsorptionsmittel enthält Der anfallende, im wesentlichen wasserfreie Wasserstoffstrom kann dann
über eine Kompressionseinrichtung zu der Reformier zone zurückgeführt werden. Die aus der Trennzone
abgezogene flüssige Phase wird gewöhnlich in einer Fraktioniereinrichtung behandelt, um die Butankonzentration
und hierdurch die Flüchtigkeit des Reformats am Anfang des Siedebereiches einzustellen.
Bei der Reformierung wird ein Druck im Bereich von 1 bis 69 atm angewendet Besonders gute Ergebnisse
werden erzielt bei niedrigem oder mäßigem Druck, d. h. einem Druck von 7,8 bis 31,5 atm. Tatsächlich stellt es
einen herausragenden Vorteil der Erfindung dar, daß sie eine stabile Betriebsdurchführung bei niedrigeren
Drücken erlaubt als sie bisher erfolgreich bei sogenannten »kontinuierlichen« oder langdauernden
Reformierbehandlungen, d.h. Reformierungen über Betriebszeiträume von etwa 5,25 bis etwa 70 oder mehr
m3 Einsatzmaterialdurchsatz je kg Katalysator ohne Regeneration mit einem Platin-Monometallkatalysator
angewendet worden sind. Mit anderen Worten, der saure Mehrmetallkatalysator der Erfindung ermöglicht
die Betriebsdurchführung einer kontinuierlichen Reformierbehandlung bei niedrigerem Druck, d.h. 7,8 bis
31,5 atm, mit etwa der gleichen oder besseren Katalysatorlebensdauer vor einer Regeneration, wie sie
bisher mit herkömmlichen Monometallkatalysatoren bei höheren Drücken, d. h. 28 bis 42 atm, erreicht wurde.
Umgekehrt führen die außergewöhnlichen Aktivitäts- und Aktivitäts-Stabilitäts-Eigenschaften des Katalysators
der Erfindung im Falle einer Durchführung der Reformierung bei Drücken von 28 bis 42 atm zu einer
beträchtlichen Steigerung der nutzbaren Katalysatorlebensdauer, bevor eine Regeneration erforderlich wird.
Die Temperatur, die bei der Reformierur.g mit dem
Katalysator der Erfindung erforderlich ist, liegt beträchtlich unter der Temperatur, die für eine
entsprechende Reformierungsbehandlung unter Verwendung eines hochwertigen Katalysators nach den;
ss Stand der Technik erforderlich ist Dieser bedeutsame Vorteil beruht auf der außergewöhnlichen Aktivität de!
vorgeschriebenen Mehrmetallkatalysators für die octanzahlverbessernden Reaktionen, die bei der Reformierung angestrebt werden. Für die eifmdungsgemäBe
Verfahrensdurchführung kommen Temperaturen im Bereich von 427 bis 593°C und vorzise 482 bi;
5660C in Betracht Bekanntlich erfolgt bei dei
kontinuierlichen Reformierung die Wahl der Anfangs temperatur innerhalb dieses breiten Bereiches in erste)
6s linie nach Maßgabe der gewünschten Octanzahl de
Reformats unter Berücksichtigung der Eigenfter des Einsatzmaterials und des Katalysators. Normaler
weise wird die Temperatur dann während de
Betriebslaufes langsam gesteigert, um die unvermeidlich einhergehende Aktivitätsabnahme zu kompensieren
und ein Reformat konstanter Octanzahl zu erzeugen. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß nicht nur die
erforderliche Anfangstemperatur wesentlich niedriger liegt, sondern auch die Rate, mit der die Temperatur
gesteigert werden muß, um ein Produkt konstanter Octanzahl aufrechtzuerhalten, für den Katalysator der
Erfindung wesentlich geringer ist als bei einer entsprechenden Betriebsweise mit einem hochwertigen
Reformierkatalysator, der in genau der gleichen Weise
wie der Katalysator der Erfindung aber ohne Einverleibung der Kobalt- und Zinnkomponenten hergestellt
worden ist Weiterhin ist bei der Reformierung mit dem Katalysator der Erfindung der Cs+-Ausbeuteverlust bei
einer gegebenen Temperatursteigerung wesentlich geringer als bei einem hochwertigen Reformierkatalysator
nach dem Stand der Technik. Die außergewöhnliche Aktivität des Katalysators der Erfindung kann auf
verschiedene Weise sehr vorteilhaft zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des katalytischen Reformierverfahrens,
verglichen mit der einer entsprechenden Betriebsdurchführung mit einem Einmetali- oder Zweimetallkatalysator
nach dem Stand der Technik, ausgenutzt werden. Einige dieser vorteilhaften Gesichtspunkte
sind: (1) Die Octanzahl des Cs + -Produktes kann beträchtlich gesteigert werden, ohne eine Verringerung
der brauchbaren Betriebsdauer des Katalysators hinnehmen zu müssen; (2) die Dauer der Betriebsdurchführung,
bevor eine Regeneration erforderlich wird, kann beträchtlich erhöht werden, d.h.. die Katalysatorbetriebsdauer
oder -lebensdauer ist größer; (3) die Cs+-Ausbeute kann durch Senkung des mittleren
Reaktordruckes ohne Änderung der brauchbaren Katalysatorbetriebsdauer gesteigert werden; (4) die
Anlage- und Betriebskosten können ohne Opferung von nutzbarer Betriebsdauer gesenkt werden, insbesondere
durch Verringerung des Kreislaufgasbedarfs, was Anlage- und Betriebskosten hinsichtlich der Kompressorkapazität
spart oder Verringerung der erforderlichen Katalysatormenge, was die Kosten für die
anfängliche Katalysatorfüllung und die Anlagekosten für die Reaktoren senkt; (5) der Durchsatz kann ohne
Opferung von Katalysatorbetriebsdauer beträchtlich erhöht werden, wenn genügend Erhitzerkapazität zur
Verfugung steht
Bei der Reformierung wird ferner üblicherweise mit genügend Wasserstoff gearbeitet um 1 bis 20 Mol
Wasserstoff je MoI der in die Reformierzone eintretenden Kohlenwasserstoffe vorzusehea vorzugsweise 2 bis
6 Mol Wasserstoff je Mol Kohlenwasserstoff. Die stündliche Raumströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit beträgt 0,1 bis 10 h-'. wobei ein Wert im Bereich
von 1 bis 5h-1 bevorzugt wird. Tatsächlich stellt es
einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, daß sie Betriebsdurchführungen bei höheren stündlichen Raum-Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit erlaubt als
sie normalerweise für stabilen Betrieb bei einem kontinuierlichen Reformierverfahren mit einem hochwertigen Reformierkatalysator nach dem Stand der
Technik eingehalten werden können. Dieser Gesichtspunkt ist von sehr großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung, da es hierdurch möglich wird, ein
kontinuierliches Reformierverfahren bei gleichem Durchsatz mit einer geringeren Katalysatormenge oder
aber bei gleicher Katalysatormenge mit einem beträchtlich größeren Durchsatz zu betreiben, als das bisher mit
h j-kömmlichen Reformierkatalysatoren möglich war.
ohne dabei eine Einbuße an Katalysatorlebensdauer vor der Regeneration hinnehmen zu müssen.
Ein Zinn enthaltendes Aluminiumoxyd-Trägermaterial in Form von Kugeln mit einem Durchmesser von
1,6 mm wurde in der folgenden Weise hergestellt: Bereitung eines Aluminiumhydroxylchloridsols durch
Auflösen reiner Aluminiumpellets in einer Salzsäurelösung:
Zugabe von Zinn(IV)-chlorid zu dem anfallenden Sol in einer solchen Menge, daß der endgültige
Katalysator 0,2 Gewichtsprozent Zinn enthält; Zugabe von Hexamethylentetramin zu dem gebildeten zinnhaltigen
Aluminiumoxydsol; Gelieren des gebildeten Sols durch Eintropfen in ein ölbad; Altern und Waschen der
gebildeten Gelteilchen sowie schließlich Trocknen und Calcinieren der gealterten und gewaschenen Teilchen.
Es ergaben sich kugelförmige Teilchen aus gamma-AIuminiumoxyd,
die in gleichmäßiger Verteilung 0,2 Gewichtsprozent Zinn in Form von Zinnoxyd und 0,3
Gewichtsprozent gebundenes Chlorid enthielten. Weitere Einzelheiten bezüglich dieser Methode zur
Herstellung des bevorzugten gamma-Aluminiumoxyd-Trägermaterials
finden sich in der US-Patentschrift 26 20 314.
Weiter wurde eine wäßrige Imprägnierlösung bereitet,
die Chlorplatinsäure, Kobalt(H)-chlorid und Chlorwasserstoff enthielt. Das Zinn enthaltende Aluminiumoxyd-Trägermaterial
wurde dann mit der Imprägnierlösung vermischt Die Mengen der in der Imprägnier'.ösung
enthaltenen Reagenzien wurden so berechnet, daß sich eine endgültige Katalysatorzusammensetzung mit
einem Gehalt berechnet als Elemente, von 0.30 Gewichtsprozent Platin und 1,0 Gewichtsprozent
Kobalt ergibt. Um eine gleichmäßige Verteilung der Metallkomponenten durch das gesamte Trägermaterial
sicherzustellen, betrug die angewendete Menge an Salzsäure 3 Gewichtsprozent der Aluminiumoxydteil
chen. Die Imprägnierungsbehandlung wurde durchge-
führt, indem die Trägermaterialteilchen zu dem Imprägniergemisch unter dauernder Bewegung zugegeben
wurden. Das Volumen der Lösung war etwa das gleiche wie das Leerraumvolumen der Trägermaterialteilchen.
Das Imprägnier'ngsgemisch wurde 0,5 bis 3
Stunden, bei verschiedenen Ansätzen, bei einer Temperatur
von 21°C mit den Trägermaterialteilchen in Berührung gehalten. Danach wurde die Temperatur des
Imprägnierungsgemisches auf 1060C erhöht und die überschüssige Lösung in einem Zeitraum von 1 Stunde
eingedampft Die anfallenden, getrockneten, imprägnierten Teilchen wurden dann einer Oxydationsbehandlung in einem trockenen Luftstrom bei einer
Temperatur von 525° C und einer stündlichen Raumströmungsgeschwindigkeit des Gases von 500 h-' unter-
worfen, die Dauer betrug 0,5 Stunden. Diese Oxydationsbehandlung dieme dazu, hn wesentlichen alle
Metallbestandteile in die entsprechenden Oxyde umzuwandeln. Die erhaltenen oxydierten Kugeln wurden
dann in einer Halogenbehandlungsstufe mit einem
te Luftstrom, der H2O und HO in einem Molverhältnis von
30:1 enthielt, 2 Stunden lang bei 525°C und einer
stündlichen Raumströtnungsgeschwindigkeit des Gases von 500 h' in Berührung gebracht; hierdurch wurde
der Halogengehalt der Katalysatorteilchen auf einen
Wert von 1,09 Gewichtsprozent eingestellt Λβ
halogenbehanddien Kugeln worden danach einer
zweiten Oxydationsbehandlung mit einem trockenen Luftstrom bei 5250C und einer stündlichen Raumströ-
mungsgeschwindigkeit des Gases von 500 fa-' während
eines weiteren Zeitraumes von 0,5 Stunden unterworfen.
Danach wurdea die oxydierten und halogenbehandelten Katalysatorteilchen einer trockenen Vorreduktkmsbehandlung unterzogen. Diese diente dazu, die Platinkompouente in den elementaren Zustand zu reduzieren
und dabei gleichzeitig die Zinnkomponenle in einem posWven Oxydationszustand zn halten. Hierzu wurden
die Katalysatorteilchen I Stunde mit einem im wesentlichen kohlenwasserstofffreien trockenen Wasserstoffstrom, der weniger als 5 Volwnenteile je Million
H2O enthielt, bei einem Druck geringfügig oberhalb
Atmosphärendruck und einem FIuB des Wasserstoffstromes durch die Katalysatorteilchen entsprechend
einer stündlichen Raumströmungsgeschwindigkeit des Gases von 400 h -' in Berührung gebracht
Die Untersuchung einer Probe des erhaltenen reduzierten Katalysators nach Elektronenspinresonanzmethoden zeigte, daß im wesentlichen die Gesamtmenge der Platinkomponente reduziert worden war,
während im wesentlichen die Gesamtmenge der Zinnkomponente im Zinnoxydzustand verblieben war.
Ferner ergaben Reduktionsversuche zusammen mit weiteren Ergebnissen aus Elektronenspinresonanzuntersuchungen, daß nach Beendigung dieser Reduktionsbehandlung im wesentlichen die Gesamtmenge der
Kobaltkomponente in einer leicht reduzierbaren oxydischen Form vorlag. Röntgenstrahlen- und Elektronenspinresonanzuntersuchungen der Kobaltkristallite, die
in dem Katalysator vorlagen, nachdem er während der nachstehend beschriebenen Reformierbehandlung der
Einwirkung vun Kohlenwasserstoffen ausgesetzt worden war, zeigten, daß im wesentlichen die Gesamtmenge der Kobaltkomponente bei den angewendeten
Reformierbedingungen in den elementaren metallischen Zustand reduziert wurde.
Eine Probe der erhaltenen reduzierten Katalysatorteilchen wurde analysiert; sie enthielt, berechnet als
Elemente, 0,30 Gewichtsprozent Platin, 1,0 Gewichtsprozent Kobalt 0,2 Gewichtsprozent Zinn und 1,09
Gewichtsprozent Chlorid. Dies entspricht einem Atomverhältnis von Zinn zu Platin von 1,1 :1 und einem
Atomverhältnis von Kobalt zu Platin von 11:1. Der erhaltene saure Mehrmetallkatalysator ist nachstehend
als Katalysator »A« bezeichnet
Um die Reformierung mit der sauren Mehrmetall-Katalysatorzusammensetzung der Erfindung mit der
Reformierung mit einer Zweimetall-Katalysatorzusammensetzung von Spitzenqualität nach dem Stand der
Technik so zu vergleichen, daß die vorteilhafte Wechselwirkung zwischen der Kobaltkomponente und
einem platin- und zinnhaltigen Katalysator hervortritt wurde ein Vergleichsversuch mit dem nach Beispiel 1
hergestellten sauren Mehrmetallkatalysator der Erfindung, d. h. Katalysator »Α«, und einem hervorragenden
Zweimetall-Reformierkatalysator des Standes der Technik, der als Hydrier-Dehydrier-Komponente eine
Kombination von Platin und Zinn enthielt durchgeführt. Der Katalysator für den Vergleichsversuch bestand aus
einer Platinkomponente, einer Zinnkomponente und einer Ghloridkomponente in Vereinigung mit einem
gamma-Aluminiumoxyd-Trägermaterial in solchen Mengen, daß der endgültige Katalysator 0,6 Gewichtsprozent Platin, 0,5 Gewichtsprozent Zinn und 1,19
Gewichtsprozent Chlorid enthielt. Der Vergleichskatalysator ist nachstehend als Katalysator »B« bezeichnet
Der Katalysator »B« wurde in genau der gleichen Weise wie in dem vorstehenden Beispiel 1 hergestellt, mit der
Ausnahme, daß das Kobalt weggelassen wurde und die s angewendeten Mengen der Zinn- und Platinreagenzien
um den Faktor 2 für Platin und um den Faktor 2£ für
Zinn erhöht wurdea
Diese Katalysatoren wurden dann getrennt voneinander einer Hochbeanspruchungs-Kurzzeit-Untersuchung
ίο zur katalytischen Reformierung unterworfen, die darauf
abgestellt war, in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum die relativen Aktivitäts-, Selektivitäts- und
Stabilitätseigenschaften in einem Verfahren zur Reformierung einer verhältnismäßig tiefoctanigen Benzin-
is fraktion zu bestimmen. Bei beiden Versuchen wurde das
gleiche Einsatzmaterial verwendet; dessen wesentliche Eigenschaften sind in der Tabelle I angegeben. In beiden
Fällen wurde der Versuch unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen durchgeführt; die einzige
nennenswerte Quelle für Wasser waren die 14 bis 18 Gewichtsteile je Million Wasser, die im Einsatzmaterial
vorlagen. Weiterhin wurden beide Betriebsläufe unter im wesentlichen ε -hwefelfreien Bedingungen durchgeführt; die einzige Schwefeleinbringung in die Anlage
waren die 0,1 Teile je Million Schwefel, die das Einsatzmaterial enthielt
Analyse des Einsatzmaterials | 0,7398 | |
30 | Dichte bei 15° C | |
Siedeanalyse, 0C | 80 | |
Siedebeginn | 93 | |
5% Siedepunkt | 99 | |
35 | 10% Siedepunkt | 111 |
30% Siedepunkt | 118 | |
50% Siedepunkt | 140 | |
70% Siedepunkt | 160 | |
40 | 90% Siedepunkt | 168 |
95% Siedepunkt | 190 | |
Siedeende | 0,35 | |
Chlorid, Gewichtsteile-je-Million | 0,2 | |
45 | Stickstoff, Gewichtsteile-je-Million | 0,1 |
Schwefel, Gewichtsteile-je-Million | 14—18 | |
Wasser, Gewichtseile-je-Million | 41,0 | |
Octanzahl, F-I ohne Antiklopfmittel | ||
zusatz | 67 | |
50 | Paraffine, Vol.-% | 21,2 |
Naphthene, Vol.-% | 11,8 | |
Aromaten, Vol.-% | ||
Die beschleunigte Kurzzeit-Reformieruntersuchung war spezifisch darauf abgestellt, in einem sehr kurzen
Zeitraum zu bestimmen, ob der untersuchte Katalysator überlegene Eigenschaften für die Verwendung in einer
bei hoher Betriebsschärfe durchgeführten Reformierbe
handlung hat. Jeder Betriebslauf bestand aus einer Serie
von 24stündigen Untersuchungsperioden; jede dieser Untersuchungsperioden bestand aus einer 12stündigen
Einlaufperiode zur Herbeiführung eines gleichbleibenden Zustandes und einer anschließenden 12stündigen
Prüfperiode, während der das C5+-Reformatprodukt aus der Anlage gesammelt und analysiert wurde. Beide
Versuchsläufe wurden bei genau gleichen Bedingungen durchgeführt, und zwar mit einer stündlichen Raumströ-
17 Ergebnissen der VergleicJuversuche in der
puwgsgesdiwindigfceit der Flüssigkeit von 3Jlr£ TJ2e ü ist ersichtlich, daß die Hauptwirkung der
10:1 and einer ReaktoreinlaQtefflperator, die KjJJJJJ^ ganz wesentliche Uistungsverbesserong
iid des gesamten Versuches stäKßg^^ge- ggjbsattSdieeinem^ysator d«weuger
dd&dC^eferm^riKiukts^digöBe 5 5^^Xbebuche0berlegenheituberemen
öelkwurdfed&dasCs^eferm^riKiukts^g 5^^Xga^erbebuche0beregmen
Sin Festbett des zur Untersuchung kommenden g^endndeutig. daß der saure Mehrmetallkatalysator
jUtalysators enthielt, eine Wasserstoffubtrenneumch- ίο ^^V dun£ dem Vergleichskatalysator in einem
tang eine Entbutanisierkolonne sowie geeignete Heiz-, JJfa Rfomierverfahren weit überlegen ist Wie
jUtalysators enthielt, eine Wasserstoffubtr ^^V dun£ dem Vergleichskatalysa inem
tang, eine Entbutanisierkolonne sowie geeignete Heiz-, JJ«fan Reformierverfahren weit überlegen ist Wie
i^imp-. Kondensier- und VerdichtungseannchöHtg-r. ^» einzelnen erläutert wurde, ist em gutes Maß
undähnficheherköiiiiiuicteHüfeeinric^genumfaöte. £ere"r Aktivität eines Refonnierkatalysators die
Nach dem Fließschema dieser Anlage wird zunächst ein ^laßtemDeratur in den Reaktor, die erforderlich ist,
WasserstoffkreislaufctroBi mit dem Eiesatzmatenal 15 ■» Me^ebteoderZieloctanzahl zu erreichen, und
vermischt und das gebildete Gemisch wird auf die ^T^ ^ Tabeue U aufgeführten Werte hinsichtlich
gewünschte Umwandlungstemperatur erhitzt. Das er- oje j^^g-öße lassen ohne weiteres erkennen, daß
hitzte Geraisch wird dann im Abwärtsfluß «» den ^^Sor »Ae außergewöhnlich aktiver war als
Reaktor geleitet, der den zu untersuchenden Katalysa- aer £««"* >>B<C pfe Aktivitätsüberlegenheit des
tor in Form eines stationären Bettes enthält Der 20 der^^ ^A<<
^ durchweg gleich oder besser als
ß id Bd des ReaKtors ^ d h d rfdlh
tor in Form eines stationären Bettes ^^ ^A<<
^ durchweg gleich oder besser als
abgezogen, auf etwa 130C gekühlt und dann in eine Γγ^,^^γ^γ ist durchweg um 200C oder
wasserstoffreiche gasförmige Phase von einer flüssigen menr ge hervorragend bezeichnet werden
gen Phase wird dann kontinuierlich durch einen ^!^onsaeschwindigkeit üblicherweise bei jeder
anfallende, im wesentlichen wasserfreie und schwefel- Steuerung α Aktivitätsüberiegenheit von20°Coder
freie Wasserstoffstrom wird zu dem Reaktor zurückge- ^e™°PnI,lteVsomit daß der Katalysator der Erfindung
führt; er stellt den Wasserstoffrückführstrom dar. Die 30 ^S^ftnLü so aktiv wie der Vergleichskata-
überschüssige gasförmige Phase aus der Trennzone ^^^,inmäßiges Beispiel für diese
wird als wasserstoffhaltiger Produktstroi* gewöhnlich lysa °r ^.A;S ^"sei z. B. auf die Werte für die
als »überschüssiges Rückführgas« bezeichnet, gewon- ^f8™*™? vSwhe d.h. bei 192 Stunden
nen. Die flüssige Phase wird aus der Trennzone ^LjJf1JSSSi. zu diesem Zeitpunkt erfor-
abgezogen und in die Entbutanisierkolonne geleuetm 35 ^^^J™ Γλ« zur Gewährleistung der
der leichte Enden, d.h. Kohlenwasserstoffe nut 1 bis 4 ^JSJScSSJa^ Einlaßtemperatur von
nengas abgenommen werden und ein C^-Reformat- ^/^^irtturerfonleriitaI von 542^°C für den
strom als Hauptprodukt vom Boden abgezogen wird. %j£^3£S$^ Zeitpunkt im Betriebslauf
Die Ergebnisse der getrennten Untersuchungen mit 40 J^rSSi? UnSiSd von 25°C in der erforderlidem besonders bevorzugten Katalysator der Erfindung, *T^U;7SE™elung der vorgegebenen
,>v^.v,w , ... _, erforderlich war, 45 de
um die Zieloctanzahl zu erreichen, und die Menge des ehe Änderung der Q+-AUSDeute
gewonnenen C5+-Reformats, ausgedrückt als Volumen- beschleunigen und zu verbessern. Die versutiiscrgcD-
prozent des Einsatzmaterials, angegeben. nisse belegen somit zweifelsfrei, daß die Katalysator-
1 aDelle " 50 ist als der Vergleichskatalysator. Die Aktivität ist aber
überlegenen Katalysator. Die Aktivitätseigenschaften
Periode Katalysator »α« Katalysator »B« müssen von guten Selektivitäts- und Stabilitätseigen·
Temperatur c„-Re- Temperatur C54-Re- schäften begleitet sein, um,überlegene Leistungsfähigformat format 55 keit zu gewährleisten. Die Selektivität Findet ihren
t Oew .o/o c Gew ../o direkten Ausdruck in der Cs+Ausbeute, und die in der
1 sini 7nro ςv; a 71 ος Katalysator »Α« durchweg Ausbeuten etwa gleichwer-
\ IZ-, ΙΛί ti I
tig denen des Katalysators »Β« ergab. (In den Periodtn,
2 509,7 69,65 536,9 72,57 ^ bei denen m der Tabelle II Striche eingesetzt sind,
3 513,6 — 538,9 — wurden die entsprechenden Analysen der Produktströ-
4 514,2 70,27 539,7 71,64 me nicht durchgeführt) Gute Stabilitätseigenschaften
5 515(6 540,0 zeigen sich durch nur geringe zeitliche Änderung der
Λ sifi7 7Π*f>
ςΛΐ'ι 7i ςή Aktiviiäts- und Selektivitätskennwerte, wie das oben
ο 310,, , /U.JD D*i,i /!,do ^ ^^^^ ^^. un(j diesbezüglich belegen die aus der
7 .517,8 — 542,2 — Tabelle H ersichtlichen Werte für die zur Aufrechterhal-
8 517,5 70,96 542,5 72,07 tung der Octanzahl erforderlichen Temperaturänderun-
9 519.2 — — — gen und für die Cs+-Ausbeute eindeutig eine ausge-
zeichnet»; Stabilität des Katalysators der Erfindung.
usnfassend ist somit aus den in der Tabelle II
aufgefijhrteo Werten klar ersichtlich, daß eine Kobaltkomponente
einen wirksamen und leistungsfähigen Promotor für einen platin- und zinnhaltigen sauren
Reformierkatalysator bei einer Reformierbehandlung
bober Betriebsschärfe darstellt und daß der Katalysator der Erfindung selbst einem hochwertigen Katalysator
nach dem Stand der Technik noch weit überlegen ist
Um die überlegene Leistungsfähigkeit des sauren Mehrmetallkaialysators der Erfindung weiter aufzuzeigen,
wurde ein Langzeit-Vergleichsversuch mit dem Katalysator »A« und dem Vergleichskatalysator »B« in
der halbtechnischen Anlage durchgeführt Es werde im
10 ständig während des gesamten Betriebslaufes so
nachgestellt wurde, daß ein Qt-Reformat mit einer
Cetanzahl von 100, F-I ohne Antiklopfaiittelzusatz,
erzeugt wurde.
Die Ergebnisse der Vergleichsversuche sind in der Tabelle FV aufgeführt, und zwar die Reaktoreinlaßtemperatur,
die zur Erzielung der genannten Getanzahl erforderlich war, und die Cs+-Ausbeute in Volumenprozent, gemessen als Flüssigkeit und bezogen auf das
Einsatzmaterial, in Abhängigkeit von der Betriebsdauer, ausgedrückt in m3 insgesamt durchgesetztes Einsatzmaterial
je kg Katalysator.
Ergebnisse der halbtechnischen Vergleichsversuche
wcocuiuiuui uauu UCiU gieicnen rueuscnema gearuei- tet, wie es vorstehend im Beispiel 2 erläutert worden ist |
Betriebsläufen | halbtechnische | Betriebs | 20 | m3/kg | Katalysator »A« | C5 .-Re | Katalysator »B« | C5+-Re- |
Das Einsatzmaterial, das bei beiden | verwendet wurde, ist in der Tabelle III beschrieben. | dauer | format | format | |||||
Tabelle HI | 0,7560 | Tempe | VoL-%, | Tempe | VoL-%, | ||||
ratur | fluss. | ratur | fluss. | ||||||
Analyse des Einsatzmaterials für die | 95 | *S 0,35 | °C | °C | |||||
Anlage | 105 | 0,53 | |||||||
Dichte bei 15° C | 110 | 0,70 | 74,0 | 79,0 | |||||
Siedeanalyse, 0C | 121 | 0,88 | 75,5 | 79,0 | |||||
Siedebeginn | 134 | 30 1,05 | 498 | 73,5 | 515 | 79,0 | |||
5% Siedepunkt | 147 | 1,23 | 496 | 75,0 | 516 | 79,2 | |||
10% Siedepunkt | 163 | 1,40 | 497 | 74,0 | 521 | 78,9 | |||
30% Siedepunkt | 170 | 1,58 | 498 | 76,1 | 524 | 78,0 | |||
50% Siedepunkt | 203 | 35 1,75 | 499 | 76,0 | 525 | 77,6 | |||
70% Siedepunkt | 0,5 | 1,93 | 499 | 74,0 | 526 | 77,9 | |||
90% Siedepunkt | 0,13 | 2,10 | 500 | 76,0 | 529 | 77,9 | |||
95% Siedepunkt | 0,1 | 2,28 | 501 | 76,0 | 530 | 77,9 | |||
Siedeende | 5 | 4o 2,45 | 501 | 76,3 | 531 | 77,0 | |||
Chlorid, Gewichtsteile-je-Million | 46,9 | 2,63 | 504 | 75,7 | 533 | 76,4 | |||
Stickstoff, Gewichtsteile-je-Million | 2,80 | 507 | 76,1 | 536 | — | ||||
Schwefel, Gewichtsteile-je-Million | 47,7 | 2,98 | 508 | 76,2 | 540 | — | |||
Wasser, Gewichtsteile-je-Million | 44,4 | « 3'15 | 509 | 76,2 | — | — | |||
Octanzahl, F-I ohne Antiklopfmittel | 7,9 | 45 3,33 | 512 | 76,5 | - | — | |||
zusatz | 3,50 | 513 | — | — | |||||
Paraffine, Vol.-% | 515 | — | |||||||
Naphthene, Vol.-% | 518 | „ | |||||||
Aromaten, Vol.-% | 521 | ||||||||
524 | |||||||||
Die Vergleichsversuche wurden beide bei übereinstimmenden
Bedingungen durchgeführt und zwar bei einem Druck von 21,4 atm, einer stündlichen Raumströmungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit von 2,5 h-1, einem Rückführgas/Kohlenwasserstoff-Molverhältnis
von 4:1 und einer Reaktoreinlaßtemperatur, die Die in der Tabelle IV angegebenen Werte zeigen, daß
der Langzeit-Vergleichsversuch in der halbtechnischen Anlage eindeutig die außergewöhnliche Aktivität und
Aktivitätsstabilität des sauren Mehrmetallkatalysators der Erfindung und dessen hohe Überlegenheit selbst
über den hochwertigen Vergleichskatalysator nach dem Stand der Technik bestätigt
Claims (9)
1. Verfahren zur Reforraierung von Kohlenwasserstoffen, bei dem i*je Kohlenwasserstoffe bei S
Reformierbedingungen mit einer Katalysatorzusammensetzung in Berührung gebracht werden, die eine
Platingruppenmetallkomponente, eine Zinnkomponente und eine Halogenkomponente ig Vereinigung
mit einem porösen Trägermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man die Koh
lenwasseretöffe mit einer sauren Katalysatorzusammensetzung in Berührung bringt, die in Vereinigung
mit dem porösen Trägermaterial, berechnet als Elemente, 0,01 bis 2 Gewichteprozent Platingruppenmetall, Q£ bis 5 Gewichtsprozent Kobalt, 0,0! bis
5 Gewichtsprozent Zinn und 0,1 bis 3,5 Gewichtsprozent Halogen enthält, wobei das Platingruppenmetall. das Kobalt und das Zinn gleichmäßig durch das
gesamte poröse Trägermaterial verteilt sind, im wesentlichen die Gesamtmenge des Platingruppenmetalls im elementaren metallischen Zustand vorliegt im wesentlichen die Gesamtmenge des Zinns in
einem Oxydationszustand oberhalb dem des elementaren Metalls anwesend ist und im wesentlichen die
Gesamtmenge des Kobalts im elementaren metallischen Zustand oder in einem Zustand, der unter
Reformierbedingungen zum elementaren metallischen Zustand reduzierbar ist vorliegt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, bei der das Platingruppenmetall aus Platin,
Iridium, Rhodium oder Palladium, insbesondere aus Platin, besteht verwendet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, bei der das poröse Trägermaterial aus
einem widerstandsfähigen anorganischen Oxyd, insbesondere aus Aluminiumoxyd, besteht verwendet
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, bei der das Halogen aus gebundenem Chlond besteht verwendet
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, bei der das Atomverhältnis von
Zinn zu Platingruppenmetall 0.1 :1 bis 13:1 und das Atomverhältnis von Kobalt zu Platingmppenmetall
0,8 :1 bis 66 :1 beträgt verwendet
6. Verfahren nacii einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, bei der im wesentlichen die
Gesamtmenge des enthaltenen Kobalts im elementaren metallischen Zustand und im wesentlichen die
Gesamtmenge des enthaltenen Zinns als Zinnoxyd vorliegt verwendet
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß man eine Katalysatorzusammensetzung, die 0,05 bis 1 Gewichtsprozent
Platin, 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Kobalt 0,05 bis 1 Gewichtsprozent Zinn und 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Halogen enthält, verwendet
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß man mit der Katalysatorzusammensetzung bei einer Temperatur von 427
bis 5930C, einem Druck von 1 bis 69 und insbesondere 7,8 bis 31,5 Atmosphären, einer
stündlichen Raomsöömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit von fcl bis 10 h"1 und einem Wasserstof^Kohlenw^sserstoff-Molverhältnis von 1:1 bis
20:1 in einer im wesentlichen wasser- und/oder
schwefelfreien Umgebung arbeitet
9. Sauer wirkende Katalysatorzusammensetzung zw Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, die eine Platingruppenmetallkomponenfe, eine Zrankomponente und eine Halogenkomponente ia Vereinigung mit einem porösen
Trägermaterial enthält dadurch gekennzeichnet daß sie in Vereinigung mit dem porösen Trägermaterial, berechnet als Elemente, 0,01 bis 2 Gewichtsprozent Platingruppenmetall, 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Kobalt, OjOl bis 5 Gewichteprozent Zinn und 0,1
bis 3.5 Gewichtsprozent HaSogen enthält wobei das PlatingruppenmetaU, das Kobalt und das Zinn
gleichmäßig durch das gesamte poröse Trägermaterial verteilt sind, im wesentlichen die Gesamtmenge
des Platingruppenmetalls im elementaren metallischen Zustand vorliegt im wesentlichen die Gesamtmenge des Zinns in einem Oxydationszustand
oberhalb dem des elementaren Metalls anwesend ist und im wesentlichen die Gesamtmenge des Kobalts
im elementaren metallischen Zustand oder in einem Zustand, der unter Kohlenwasserstoffreformierungsbedingungen zum elementaren metallischen
Zustand reduzierbar ist vorliegt
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/522,209 US3960710A (en) | 1974-11-08 | 1974-11-08 | Hydrocarbon conversion with an acidic multimetallic catalytic composite |
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DE2545882B2 true DE2545882B2 (de) | 1977-03-31 |
DE2545882C3 DE2545882C3 (de) | 1977-11-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |