DE2727465A1 - Verfahren zur herstellung von ungesaettigten kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von ungesaettigten kohlenwasserstoffenInfo
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Description
272746b
VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING
PATCNTANWALTE Dr.-Incj. von Kffjsl.-i ] 1973
Dr. Inrj. K. Schonv.-.ild, Köln
Oi.-Inrj. Th. M.-yi ι, Köln
Di. In.,. K V/. [ i^l,old, Bod Soden
Di. J. K Fu-s, K-In
Dipl Ch( in. Alek von Kicisl-τ, Köln
Dipl. Cli-Mii. Cn.dlti K* -Mr-., Köln
Dipl. In;). G. Sfllinrj, Köln
Fu/Ax
5 Köln ι 16. Juni 1977
ΓιΓ 1C. HM',Mf IM/II'. .V.l ll'lll'li /.IM-JIK Il
Britannic House , Moor Lane, London, EC2Y 9BU (England).
Verfahren zur Herstellung von ungesättigten
Kohlenwasser·
stoffen
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ι»
Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oligomerisierung
von Olefinen.
Die Erfindung ist demgemäß auf die Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen nach einem Verfahren gerichtet,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man monoolefi— nische C3-Cfi-Kohlenvasserstoffe der Oligomerisierung in
Gegenwart eines Katalysators unterwirft, der aus einer Galliumverbindung und einem Träger, auf den die Galliumverbindung
aufgebracht ist, besteht.
Ms monoolefinische C3-C„-Kohlenwasserstoffe, die als
Ausgangsmaterialien für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden, kommen geradkettige oder verzweigte
Isomere und Gemische dieser Isomeren infrage. Bevorzugt
werden Olefine wie Propylen, Buten, Isobuten, Penten und Isopenten.
Beispiele bevorzugter Galliumverbindungen sind Galliumoxyd und Galliumionen, die gegen die oberflächlichen
Hydroxylgruppen von oberflächenaktiven Oxyden wie hydratisiertem Siliciumdloxyd, hydratisiertem Aluminiumoxyd
oder hydratisiertem Siliciumidioxyd-Aluminiumoxyd ausgetauscht sind, zu nennen.
Die in diesen Katalysatormassen vorhandene Galliummenge kann zwischen 0,01 und 20% variieren und beträgt vorzugsweise
0,1 bis 6 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Träger in der Katalysatormasse.
Als Beispiele geeigneter Träger für die Galliumkatalysatoren seien genannt: Aluminiumoxyde, z.B. Yj-Aluminiumoxyd,
γ-Aluminiumoxyd und Boehmit, Aluminiumoxyde, Siliciumdioxyde
und Siliclumdioxyd-Aluminiumoxyde mit oberflächliehen Hydroxylgruppen, die gegen Gallium- und/oder
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-x-5
Muminiumionen ausgetauscht sein können, die ihrerseits gegen Metallionen, z.B. solchen des Eisens, Kobalts und
Nickels, ausgetauscht sein können, und feuerfestes Galliumoxyd. Bevorzugt als Träger werden jedoch Kieselerde
bzw. Siliciumdioxyd, insbesondere solche mit ausgetauschten oberflächlichen Hydroxylgruppen.
Die Katalysatoren gemäß der Erfindung können außerdem andere Metalle, z.B. Palladium, Platin, Indium, Germanium,
Thallium, Chrom, Zinn, Zink, Eisen, Kobalt und/oder Nickel, in geringen Mengen enthalten, um ihre Aktivität zu
verbessern.
Die Katalysatoren können hergestellt werden, indem der Träger mit einer wäßrigen Lösung einer löslichen Galliumverbindung,
z.B. Galliumnitrat, imprägniert wird. Die hierbei gebildete Paste wird unter vermindertem Druck zur
Trockene eingedampft und dann bei erhöhter Temperatur in einem Luftstrom pyrolysiert. Wenn oberflächenaktives
Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd oder Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd
als Träger verwendet werden, werden die Hydroxylgruppen vorzugsweise gegen Galliumionen ausgetauscht.
Der in dieser Weise hergestellte Katalysator kann in einem Festbett angeordnet und im Reaktorrohr selbst aktiviert
werden. Die Aktivierung kann durchgeführt werden, indem ein geeignetes Gas wie Stickstoff oder Luft bei einer
Temperatur zwischen 400 und 65O°C durch den Katalysator geleitet wird.
Der als Ausgangsmaterial verwendete monoolefinische Kohlenwasserstoff
wird anschließend bei einer Temperatur zwischen 20 und 5000C, vorzugsweise zwischen 50 und 25O°C, über den
Katalysator geleitet. Die Reaktion kann in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, das unter den Reaktionsbedingungen
inert ist, z.B. Stickstoff, durchgeführt werden.
Die Oligomerisierungsreaktion wird zweckmäßig unter Reaktionsdrücken im Bereich von Normaldruck bis 105 atü,
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vorzugsweise von 3,5 bis 105 atü durchgeführt. Der anzuwendende
Reaktionsdruck innerhalb des genannten Bereichs hängt von der Art des zu oligomerisierenden Ausgangsmaterials
ab, d.h. bei Ausgangsmaterialien mit C-Zahlen im unteren Teil des Bereichs von C-, bis Cn sind höhere Drücke
als bei Ausgangsmaterialien mit höheren C-Zahlen im gleichen Bereich erforderlich. Die Reaktionsprodukte
werden dann isoliert.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten oligomeren Produkte eignen sich als Ausgangsmaterialien
für die verschiedensten Reaktionen. Beispielsweise können Co-Kchlenwasserstoffe, die durch Oligomerisierung von
C4-01efinen, z.B. Isobuten, hergestellt worden sind, zur
Herstellung von Phthalaten verwendet werden, die in großem Umfang als Weichmacher Verwendung finden.
Die oligomerisierten Produkte können unmittelbar ohne Isolierung über dem gleichen Katalysator zu aromatischen
Kohlenwasserstoffen cyclisiert werden. Beispielsweise können die Oligomeren von Propylen in Benzol umgewandelt
und das Oligomere von Isobuten zu Kylolen cyclisiert werde
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläuert.
Herstellung eines 6% Ja nO-, auf ^-Aluminiumoxyd
—j.—,5—— / '
enthaltenden Katalysators
Zu einer Lösung von 10 g Galliumnitrat 332
in etwa 30 ml destilliertem Wasser wurden 26,6 g ^-Aluminiumoxyd
gegeben. Das Gemisch wurde zu einer Paste verrührt. Die Paste wurde im Vakuum-Wärmeschrank über Macht
zur Trockene eingedampft und 6 Stunden an der Luft auf 5O°C erhitzt, wobei Galliumoxy<
-Aluminiumoxyd gebildet wurde.
-Aluminiumoxyd gebildet wurde.
55O°C erhitzt, wobei Galliumoxyd (6 Gew.-% Gallium) auf
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- sr -
Herstellung eines gegen Gallium ausgetauschten
Siliciumdioxyd-Katalysators
400 g Kieselgel "Crossfields U 40" wurden hydrolysiert, indem das Kieselgel 3 Tage in 1 1 destilliertem Wasser
stehen gelassen wurde. Das Kieselgel wurde trocken dekantiert, 6 Stunden unter 4 1 2n-Salpetersäure stehen gelassen
und abschließend im Büchnertrichter mit 12 1 destilliertem Wasser gewaschen. Es wurde dann 72 Stunden bei
2OO°C getrocknet und 72 Stunden bei 55O°C an der Luft
calciniert.
In 2OO ml destilliertem Wasser wurden 4,5 g Galliumnitrat (Ga(NO,) 3»9 H3O) gelöst. In eine Glaskolonne wurden 3O ml
des vorbehandelten Kieselgels gefüllt. Durch die Säule
ließ man die Galliumnitratlösung 18 Stunden perkolieren. Der Katalysator wurde abschließend mit 1500 ml destilliertem
Wasser gewaschen und über Nacht unter vermindertem-Druck getrocknet. Der gegen Gallium ausgetauschte
Slliciumdioxyd-Katalysator (0,6 Gew.-% Gallium) wurde vor dem Einsatz 6 Stunden an der Luft auf 55O°C erhitzt.
Ähnliche Katalysatoren mit höheren Gallium-Anteilen (z.B. 1,8 Gew.-%) wurden durch Austausch weiterer Gallivennltratmengen
unter geregelten pH-Bedingungen hergestellt.
Herstellung eines Ga3O -Siliciumdioxyd-Katalysators
Eine Lösung von 4,9 g Galliumnitrat Ga(NOj)3-SH2O in 15 ml
destilliertem Wasser wurde zu einer Suspension von 13g
Kieselgel "Crossfields U 40" in 15 ml destilliertem Wasser gegeben. Das Gemisch wurde unter vermindertem Druck über
Nacht zur Trockene eingedampft und 6 Stunden an der Luft auf 55O°C erhitzt, wobei ein 6 Gew.-% Gallium auf SiIiciumdioxyd
enthaltender Katalysator erhalten wurde.
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Ein Polyisobutylen-Raffinatstrom, der ungefähr 9% Buten-1,
60% Buten-2, 10% Isobuten und 21% Butan enthielt, wurde über den Siliciumdioxyd-Katalysator, auf den 0,6 Gew.-%
Gallium durch Austausch aufgebracht worden waren, unter einem Reaktionsdruck von 56 atii, bei einer Temperatur von
125°C und bei einer Raumströmungsgeschwindigkeit (auf Flüssigzustand bezogen) von 3 geleitet. Nach einer Versuchsdauer
von 20 Stunden bestand das umgesetzte Ausgangsmaterial zu 79,4% aus einem Gemisch von offenkettigen C„-Isomeren
und zu 18% aus einem Gemisch von C^-Isomeren.
Isobuten wurde bei Normaldruck, einer Temperatur von 200 C und einer Kontaktzeit von 10,5 Sekunden über einen
18,8 Gew.-% durch Austausch aufgebrachtes Gallium enthaltenden
Siliciumdioxyd-Katalysator geleitet. 67,8% des Isobutens wurde umgesetzt, wobei 43,8 Gew.-% offenkettige
Cn-Isomere und 14,4 Gew.-% offenkettige C^-Isomere
erhalten wurden.
Unter Verwendung des gleichen Katalysators wie in Beispiel 2, jedoch unter Verwendung von 3-Methylbuten-1 als
Ausgangsmaterial und mit einer Kontaktzeit von 11,7 Sekunden wurden 6,2 Gew.-% (Selektivität 59,6%) offenkettige
C-jQ-Isomere gebildet.
Der vorstehend beschriebene Versuch wurde unter Verwendung von 2-Methylbuten-2 als Ausgangsmaterial wiederholt.
Unter den gleichen Bedingungen wurden 5,6 Gew.-% (Selektivitat
52%) offenkettige C---Isomere gebildet.
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Propylen wurde über einen 1,8 Gew.-% durch Austausch aufgebrachtes Gallium enthaltenden Siliciumdioxyd-Katalysator
bei Normaldruck, einer Temperatur von 200°C und einer Kontaktzeit von 10,5 Sekunden geleitet. Das Produkt
bestand zum größeren Teil aus verzweigten Pentenen.
Wenn Isobuten über einen Galliumoxyd (6 Gew.-% Gallium) auf ^-Aluminiumoxyd enthaltenden Katalysator bei einer
Reaktionstemperatur von 55O°C und einer Verweilzeit von
5,5 Sekunden geleitet wurde, waren nach einer Versuchsdauer von 1,5 Minuten 96,3% des Isobutens umgesetzt. Als
Hauptprodukte wurden (in Gew.-% Ausbeute ausgedrückt) 7,5 Gew.-% Butene, 15,0 Gew.-% Butane, 26,6 Gew.-% C..-C,-Kohlenwasserstoffe
und 47,0 Gew.-% Aromaten erhalten. Die Xylole machten 25,7 Gew.-% der Aromaten aus. Bei
totalem Kreislauf der C--Kohlenwasserstoffe beträgt die
Selektivität zu Aromaten 60,6% und zu Xylolen 33,2%.
709881/079·
Claims (12)
- Patentansprüche./Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man monoolefinische C,-Co-Kohlenwasserstoffe der Oligomerisierung inJ OGegenwart eines Katalysators unterwirft, der aus einer Galliumverbindung und einem Träger, auf den die Galliumverbindung aufgebracht ist, besteht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Monoolefine Propylen, Butene, Pentene und ihre Gemische verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Galliumverbindungen Galliumoxyd oder
Galliumionen verwendet, die mit den oberflächlichen
Hydroxylgruppen eines oberflächenaktiven Oxyds aus der aus hydratisiertem Aluminiumoxyd, hydratisiertem
Siliciumdioxyd und hydratisiertem Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd bestehenden Gruppe ausgetauscht sind. - 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd,
Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd oder feuerfestes Galliumoxyd verwendet. - 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aluminiumoxyd ^-Aluminiumoxyd, γ-Aluminiumoxyd oder Boehmit verwendet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd oder Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd verwendet, die auf der Oberfläche
Hydroxylgruppen aufweisen. - 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächlichen Hydroxylgruppen gegen Ionen von
Gallium und/oder Aluminium ausgetauscht sind.709881/0798ORIGINAL INSPECTED - 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gallium oder Aluminium gegen Ionen von Eisen und/ oder Kobalt und/oder Nickel ausgetauscht ist.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ΐτΗη die Oligomerisierung der Monoolefine bei einer Temperatur zwischen 20° und 5000C, vorzugsweise zwischen 50° und 25O°C durchführt.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man dir Oligomerisierung der Monoolefine bei einem Reaktionsdruck zwischen 1 und 130 Atm., vorzugsweise zwischen 3 und 100 Atm. durchführt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oligomerisierung in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, das unter den Reaktionsbedingungen inert ist, durchführt.
- 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdünnungsmittel Stickstoff verwendet.709881/0798
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