DE2947634A1 - Verfahren zur regenerierung eines katalysators fuer die entalkysierung von aromatischen kohlenwasserstoffen mit wasserdampf - Google Patents

Verfahren zur regenerierung eines katalysators fuer die entalkysierung von aromatischen kohlenwasserstoffen mit wasserdampf

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DE2947634A1 DE19792947634 DE2947634A DE2947634A1 DE 2947634 A1 DE2947634 A1 DE 2947634A1 DE 19792947634 DE19792947634 DE 19792947634 DE 2947634 A DE2947634 A DE 2947634A DE 2947634 A1 DE2947634 A1 DE 2947634A1
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Description

DR. GERHARD RATZEL PATENTANWALT
Akte 3610
k?6. November 1979
6800 MANNHEIM 1. Sedtenheimer Str. 36a, Tel. (0621) 406315
Postscheckkonto: Frankfuri/M Nr. (393-603 Bank: Dauttcha Bank Mannlwim Nr. 72/ΟΟΟββ Τ· lagr.-C οd·: Q.rpat Tale« 4ISS70 Para D
INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE
4, Avenue de Bois-Preau
92502 RUEIL-MALMAISON / Frankreich
Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators für die Entalkylierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit
Wasserdampf
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Die vorliegende Erfindung betrifft Reaktionen zur Entalkylierung mit Wasserdampf zur Gewinnung von Benzol oder reiner, niederen Homologen durch Entalkylierung von Toluol oder anderen Alkylbenzol-Kohlenwasserstoffen mit Hilfe eines Katalysators, der z.E. ein Aluminiumoxid-Träger enthält, ferr.rr ein oder mehrere Edelmetalle der Platinfamilie, welche eir.crseits mit mindestens einem anderen Metall oder dessen Derivat aus der Gruppe Rhenium, Gold, Silber, Kupfer, Titan und andererseits mit mindestens einem Metall mit stark alkalischer, Charakter aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium assoziiert ist. Diese Katalysatoren enthalten außerdem ein Halogen, v:ie es weiter unten näher präzisiert ist; die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Regenerierung des verwendeten Katalysators.
Man findet in der technischen Literatur viele Publikationen, wonach man die Katalysatoren und insbesondere solche, welche ein oder mehrere Metalle der Platinfamilie enthalten, durch einfache Verbrennung der darauf enthaltenen Kohlenstoffniederschläge regenerieren kann; jedoch erlauben diese beschriebenen Verfahren schließlich keine rentable industrielle Verwendung, da man festgestellt hat, daß man bei einen derartigen Regenerierungssystem den Katalysator nicht in seinen ursprünglichen Aktivitätezustand versetzen kann und daß nsch jeder Regenerierung die Aktivität des Katalysators immer schneller vermindert wird. Außerdem hat man auch festgestellt,
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daß die Selektivität der auf diese Weise regenerierten Katalysatoren gleichfalls sehr rasch nach einer relativ kurzen Dauer des Funktionierens schwindet.
Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Methode zur Regenerierung eines Katalysators, der bei der katalytischen Entalkylierung mit Wasserdampf verwendet wird, wobei man durch diese Entalkylierung Benzol, Toluol, Xylole, Äthylbenzol und beträchtliche Mengen Wasserstoff gewinnt. Durch diese Entalkylierung kann man z.B.Toluol, Xylole, Äthylbenzol, Propylbenzol, Methylbenzol oder auch Kohlenwasserstoffe mit kondensierten Kernen, wie Naphthalin, Phenanthren, Anthracen etc. entalkylieren. Ferner kann man Mesitylen, Pseudo-Cumol, Hemimellit entalkylieren; ferner kann man Kohlenwasserstoffe, wie Alkylcyclohexan, Alkyltetralin, Alkyldecalin und Alkyldihydroanthracen aromatisieren und sie anschließend entalkylieren. Man kann auch stickstoffhaltige aromatische Verbindungen entalkylieren, z.B. Pyridinderivate, wobei der Stickstoff in Form von Ammoniak oder Stickstoff eliminiert wird.
Die Entalkylierung mit Wasserdampf wird im allgemeinen in Gegenwart von Katalysatoren bei 300 bis 6000C, vorzugsweise 350 bis 55O0C unter einem Druck von 1 bis 20 Atmosphären, vorzugsweise 3 bis 10 Atmosphären mit einer LHSV ("Liquid Hourly Space Velocity»), d.h.einer V.V.H. , flüssig ( Raumgeschwindigkeit) von 0,1 bie 10 Volumenteilen Kohlen-
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wasserstoff pro Volumenteil Katalysator und pro Stunde, vorzugsweise 1 bis 5 mit einem Molverhältnis Wasser/Kohlenwasser stoffe von 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 15 durchgeführt.
Diese Reaktionsbedingungen sind besonders wirksam zur Entalkylierung von alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen, die man im Verlauf von katalytischen Reformierungsreaktionen oder bei der Gewinnung aromatischer Kohlenwasserstoffe ("Aromizing") gewonnen hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regenerierung des Katalysators betrifft also ein Verfahren, wobei man einen speziellen Katalysator regenerieren und erneuern kann, so daß das Reaktionssystem kontinuierlich eine viel längere Zeit funktionieren kann als beim Stande der Technik, ohne daß die Aktivität und Selektivität des Katalysators merklich vermindert wird, wobei dieser nach jedem Verfahren der Regenerierung und Erneuerung praktisch seine Ausgangsaktivität sowie auch seine Ausgangsselektivität beibehält.
Das Regenerierungsverfahren betrifft insbesondere die Regenerierung von sehr spezifischen Katalysatoren, wodurch man erhöhte Ausbeuten an entalkylierten Aromaten (z.B.erhöhte Benzolausbeuten) erhält und gleichzeitig nur ein geringer Abbau des aromatischen Kerns stattfindet, sowie ein an Wasserstoff reiches Reaktionsgas erhalten wird, welches etv/a 50 bis 70 .-# Wasserstoff enthält, das leicht verwertbar ist.
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Die spezifischen Katalysatoren enthalten einen Träger, vorzugsweise Aluminiumoxid und 0,1 bis 1 Gew.-^, vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Gew.-$, insbesondere 0,25 bis 0,65 Gew.-# (bezogen auf das Gewicht des Katalysators) mindestens einen Edelmetalls der Platinfamilie, insbesondere Rhodium. Sie enthalten 0,5 bis 4 Gew.-^ eines Halogens (vorzugsweise Chlor), vorzugsweise 0,8 bis 2 Gew.-#, bezogen auf den Katalysator.
Sie enthalten ferner entweder 0,05 bis 1 Gew.-#, vorzugsweise 0,06 bis 0,5 Gew.-% oder noch besser 0,07 bis 0,3 Gew.-^ Titandioxid (TiOp), bezogen auf das Gewicht des Katalysators, oder 0",05 bis 2 Gew. -% Rhenium oder ein anderes Metall aus der Gruppe Gold, Silber und Kupfer.
Diese Katalysatoren enthalten außerdem 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Katalysator, mindestens eines Alkalimetalls aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, sowie gegebenenfalls 0,01 bis 6 Gew.-Je, bezogen auf den Katalysator, mindestens eines zusätzlichen Metalls oder einer zusätzlichen Metallverbindung aus der Gruppe Indium, Zircon, Thor, Germanium, Zinn, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel.
Eine bevorzugte Sorte Katalysatoren sind solche, welche z.B. folgende Bestandteile enthalten:
a) einen Aluminiumoxidträger mit einer spezifischen Oberfläche
2
von mehr als 50 m pro Gramm, vorzugsweise mehr als 80 m
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b) 0,1 bis 0,5 Gew.-^ Rhodium und 0,1 bis 0,5 Gew.-^ mindestens eines Edelmetalls der Gruppe Platin, Palladium und Ruthenium;
c) 0,1 bis 1 Gev;.-^ Rhenium;
d) 0,5 bis 5 Gew.-^b mindestens eines Alkalimetalls aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium.
Der Träger der Katalysatoren \ι\τ& vorzugsweise aus der Gruppe der eta-kubischen^p, gamma-kubischen/"„, gamma-tetragonalen Y~mt chi-kubischen^p, kappa-orthorhombischen K, theta-monoclinen Q, delta-orthorhombischen6 und rho-amorphenP Aluminiumoxide ausgewählt.
Vor jedem Kontakt mit den zu entalkylierenden alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen wird vorzugsweise eine reduzierende Behandlung des Katalysators durch Passage eines Wasserstoffstroms von 100 bis 5000C durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Regenerierung umfaßt für die Entalkylierungsreaktion die Verwendung von mindestens 2 Reaktoren, welche den Katalysator enthalten, wobei der eine dieser Reaktoren in Betrieb ist und der zweite schließlich aus dem Kreislauf entnommen wird und der Regenerierungsstufe unterworfen wird. Nach beendeter Regenerierung wird der zweite Reaktor in Betrieb genommen, während mindestens einer der anderen Reaktoren erforderlichenfalls seinerseits aus dem Kreislauf
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entnommen wird, um die darin enthaltene Regenerierung des Katalysators durchzuführen usw., so daß die Entalkylierungsreaktion kontinuierlich durchgeführt wird. Die Betrieb stehenden Reaktoren funktionieren parallel oder in Serie, je nach den Bedürfnissen.
Verschiedene Öfen sind an geeigneten Stellen angeordnet, um die Charge und die intermediären Effluents vorzuerwärmen, bevor man sie in die in Betrieb stehenden Reaktoren einführt.
zwei
Im Falle voiTVIn Serie angeordneten, in Betrieb stehenden Reaktoren hat man z.B.einen Ofen am Eingang des ersten Reaktors, während sich ein zweiter Ofen zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktor befindet usw.. Während dieser Zeit wird im dritten Reaktor die Regenerierung und Erneuerung des darin enthaltenen Katalysators durchgeführt.
drei
Man kann sich ein System vonTV"~R"eaktoren vorstellen, wobei die beiden ersten Reaktoren in Serie arbeiten und eine lange Zeitdauer in der Größenordnung von 300 Stunden oder mehr (je nach der Natur der Charge) produktiv bleiben, worauf man den einen oder den anderen der beiden Reaktoren eine geeignete Zeit aus dem Kreislauf entnimmt, während der dritte Reaktor in Betrieb genommen wird und auf dem Weg der Charge die Stelle
zwei
desjenigen der*Reaktoren einnimmt, der aus dem Betrieb genommen wurde.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von
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Entalkylierungskatalysatoren, insbesondere eine Vorbehandlung des Katalysators vor eigentlichen Regenerierungsbehandlung dieses Katalysators. Die Vorbehandlung sowie die Behandlung des entaktivierten Katalysators werden in denjenigen Reaktionszonen durchgeführt, die aus dem Kreislauf entnommen wurden, genau um dort die Regenerierung des Katalysators durchzuführen, der in dieser Reaktionszone enthalten ist. Die Regenerierung umfaßt 7 Stufen (a) bis (g).
So wird der Katalysator vor der eigentlichen Regenerierung zuerst einer Behandlung mit Wasserstoff unterworfen (Stufe a). Diese Behandlung besteht in einer "Elution" oder "Wäsche" oder "Spülung" des Katalysators mit Wasserstoff. Diese Behandlung wird durchgeführt, indem man einen Wasserstoffstrom durch ein Bett des entaktivierten Katalysators zirkulieren läßt. Zur Durchführung dieser"Wäsche" wird die Temperatur des Katalysators oder der aus dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone auf etwa 300 bis 700°C gehalten, der Druck in der Reaktionszone (d.h.hier der aus dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone, in welcher sich der zu regenerierende Katalysator befindet) beträgt etwa 1 bis 25 bar, die Durchflußgeschwindigkeit etwa 1 bis 10 000 h~ (Volumenteile/Volumen Katalysator und pro Stunde), vorzugsweise etwa 10 bis 5 000 h~ , Man senkt vorzugsweise progressiv während der Wäsche mit Wasserstoff die Temperatur von der Temperatur, bei der sich das katalytische Bett befunden hatte als man die katalytische
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Reaktion stoppte, bis auf 3000C. Nach einer bevorzugten Methode wird die "Elution" oder "Wäsche" des Katalysators gegebenenfalls mit einem Wasserstoffstrom durchgeführt, der ein Halogen oder eine Halogenverbindung aus der Gruppe Chlor, Brom, Fluor und den Derivaten dieser Halogene enthält; vorzugsweise verwendet man Chlor oder eine Chlorverbindung; unter den Reaktionsbedingungen, bei denen die Wasserstoffbehandlung durchgeführt wird, bleibt das Halogen (oder die gegebenenfalls im Wasserstoff vorhandene Halogenverbindung) entweder in der Form Cl? oder Br? vorhanden oder wandelt sich in einen Halogenwasserstoff (HCl, HBr, HF) um und fixiert sich so entweder in der Form Cl? bzw. Br? oder in Form des Halogenwasserstoffs auf dem Katalysator, so daß der Halogenverlust des Katalysators kompensiert wird; dieser Verlust erfolgt beim Katalysator im Verlauf der Entalkylierungsreaktion. Die Menge Halogen oder Halogenverbindung, die im Waseerstoffstrom verwendet wird, wird so ausgewält, daß nach der "Elution" oder "Wäsche" mit Wasserstoff der Katalysator 0,5 "bis 4 Ge\:.-% Halogen, bezogen auf den Katalysator, enthält, vorzuga/eise 0,8 bis 2 Gew.-% Halogen. Auf diese Weise beträgt der Gehalt an Halogen oder Halogenverbindung im Wasserstoffstrom (ausgedrückt als Halogen) etwa 0,001 bis 10 Mol Halogen pro 100 Mol Wasserstoff, vorzugsweise etwa 0,05 bis 2 Mol Halogen pro 100 Mol Wasserstoff.
Sobald diese Vorbehandlung beendet ist, unterwirft man den
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Katalysator einer Wäsche mit einem inerten Strom (ζ.Β.Stickstoff), um den restlichen Wasserstoff aus der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone, welche den zu regenerierenden Katalysator enthält, zu entfernen (Stufe b).
Anschließend wird der Katalysator der eigentlichen regenerierenden Behandlung unterworfen. Diese Behandlung wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird in einer ersten Stufe das inerte Gas, mit welchem man den - wie oben beschrieben - vorbehandelten Katalysator gespült hat, progressiv durch ein Gas ersetzt, welches molekularen Sauerstoff enthält (Stufe c); der Partialdruck des Sauerstoffs beträgt mindestens 0,005 bar, vorzugsweise etwa 0,02 bis 0,14 bar, wobei die Temperatur des Gases am Eingang der aus dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone etwa 300 bis 55O°C, vorzugsweise etwa 350 bis 45O0C beträgt.
Man läßt anschließend (Stufe d) das den molekularen Sauerstoff enthaltende Gas über dem Katalysator zirkulieren, wobei das Gas bei 300 bis 55O0C unter einem Druck von etwa 1 bis bar in den Katalysator eingeführt wird, damit der auf dem Katalysator niedergeschlagene Koks entfernt wird. Die Durchflußgeschwindigkeit beträgt 1 bis 500 Volumenteile/Volumen Katalysator und pro Stunde. Das zur Durchführung der Koksverbrennung verwendete Gas kann gegebenenfalls 0,01 bis 10 VoIu-
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menteile Wasserdampf enthalten. Es kann gegebenenfalls eine Halogenverbindung oder ein Halogen in ausreichender Menge enthalten (z.B. 0,001 bis 10 Mol Halogen, vorzugsweise 0,05 bis 2 Mol), um einen zu beträchtlichen Verlust des im Katalysator enthaltenen Halogens zu vermeiden. Das verwendete Gas kann gegebenenfalls gleichzeitig Wasserdampf und ein Halogen bzw.eine Halogenverbindung enthalten.
Man setzt während der Behandlung des Katalysators mit dem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas die Bildung einer Verbrennungsfront (oder Zündungszone) fest, welche langsam das Katalysatorbett durchwandert. Man reguliert die Menge des dem Gas zugesetzten Sauerstoffes so, daß verhindert wird, daß die Temperatur dieser Verbrennungsfront etwa 65O0G nicht überschreitet. Man hält also diese Front vorzugsweise auf einer Temperatur, die z.B.nicht mehr als etwa 1500C oberhalb derjenigen des Gases am Eingang des katalytischen Bettes liegt. In dem Ausmaß, wie die Verbrennungsfront das Bett durchwandert, kühlt sich die Eingangsseite des Reaktors dieses katalytischen Bettes ab, während an der Ausgangsseite des katalytischen Bettes die Temperatur progressiv zunimmt infolge der Freisetzung von Wärme, die durch die Verbrennung der Kohlenstoff materialien des Katalysators produziert wird. Wenn dieser exotherme Effekt nicht beobachtet wird, kann man eine Kalzinierung mit reiner Luft (oder einem äquivalenten Gas) bei einer Temperatur von etwa 300 bis 5000C während einer
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ausreichenden Zeitdauer durchführen, um den Kohlenstoffgehalt des Katalysators um mindestens SOJi seines Anfangsgehalts vor der Regenerierung zu vermindern, d.h.in dem Moment, als man die den verwendeten Katalysator enthaltende Reaktionszone aus dem Kreislauf entnommen hat.
Nach der Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Materialien bewirkt man die Reaktivierung des Katalysators (Stufe e), welche darin besteht, daß man ihn mit einer Menge Luft oder einem äquivalenten Gas (Durchflußgeschwindigkeit etwa 1 bis 10 000 Volumenteile /Volumen Katalysators und pro Stunde, vorzugsweise 100 bis 5.000) bei einer Temperatur von etwa 300 bis 5000C in Gegenwart von vorzugsweise mindestens einem Halogen oder einer Halogenverbindung in ausreichender Menge behandelt, so daß man die Reaktivierung des aktiven Raums in optimaler Weise erreicht, d.h.in einer ausreichenden Menge, so daß die auf den Katalysator fixierte Menge Halogen auf dem optimalen Gehalt gehalten wird, so^bald die Reaktivierung beendet ist. Diese Gasmischung Luft/Halogen oder Luft/Halogenverbindung kann gegebenenfalls 0,01 bis 10 Volumenteile Wasserdampf enthalten. Der Druck in der katalytischen Zone während dieses Verfahrens wird auf etwa 1 bis 25 bar gehalten. Der Kontakt des Katalysators mit den das Halogen oder die Halogenverbindung enthaltenden Gas wird im allgemeinen eine ausreichende Zeit durchgeführt, so daß die für die Verwendung fertige Katalysator 0,5 bis 4 Gew.-56, vorzugsweise 0,8 bis 2 Gew.-^
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Halogen, bezogen auf die Masse des trockenen Katalysators enthält. Als bevorzugtes Halogen verwendet man Chlor. Zur Einstellung des Halogengehalts im Katalysator kann man einfach Halogen in seiner elementaren Form verwenden. Zur Vereinfachung der Handhabung verwendet man vorzugsweise Halogenverbindungen, vorzugsweise Chlorverbindungen, welche sich normalerweise im flüssigen Zustand befinden, jedoch unter der Voraussetzung, daß die Verbindungen ihr Halogen unter den für die Durchführung des Verfahrens angegebenen Reaktionsbedingungen an den Katalysator abgeben, sobald sie sich mit dem letzteren in Kontakt befinden.
Die bevorzugten Chlorverbindungen, welche man normalerweise verwendet, sind chlorierte Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül, Z.B.Tetrachlorkohlenstoff, Chloräthylen, Dichloräthylen, tert.-Butylchlorid etc..
Zur Vermeidung jeder Korrosion ist es im allgemeinen bevorzugt, daß man die Behandlung mit Halogen nicht fortsetzt, sobald man feststellt, daß der Halogengehalt in dem Gas, welches die Regenerierungszone verläßt, sich dem Gehalt des Gases nähert, welche diese Regenerierungszone betritt.
Nach dieser Halogenierungsphase wird der Katalysator einer Kalzinierung (Stufe f) in Gegenwart von Luft oder einem äquivalenten Gas bei einer Temperatur von etwa 300 bis 6000C, vorzugsweise 400 bis 5000C unterworfen. Die Menge Luft ist so,
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daß die Durchflußgeschwindigkeit 1 "bis 10 000, vorzugsweise 100 bis 5 000 Volumenteile/Volumen Katalysator und pro Stunde beträgt. Der Druck liegt zwischen etwa Atmosphärendruck und 500 bar. Die Dauer dieser Kalzinierung beträgt etwa 15 bis 180 Minuten.
Nach dieser Kalzinierung reinigt man schließlich den Reaktor und den darin enthaltenen Katalysator (Stufe g)f indem man ein Strom-Inertgas, z.B.Stickstoff oder ein anderes Gas durchleitet, um jede Spur Sauerstoff zu entfernen.
Diese Reinigung kann z.B.unter den gleichen Reaktionsbedingungen durchgeführt werden wie sie für die vorherige Kalzinierung verwendet wurden.
Gegebenenfalls wird nach dieser Reinigung mit einem Inertgas vorzugsweise eine Reduktion des Katalysators mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas durchgeführt, z.B.mit dem Gas, welches in der Vorrichtung selbst produziert wird, bevor man den regenerierten und reaktivierten Katalysator enthaltenden Reaktor wieder in den Kreislauf in die Entalkylierungsvorrichtung einbaut.
Diese Reduktion erfolgt also in Gegenwart eines Gases, welches mindestens 10 Mol-# Wasserstoff, vorzugsweise trockenes Gas, d.h.mit einem Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-56 Wasser enthält; die Reduktionstemperatur beträgt etwa 200 bis 7000C,
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vorzugsweise etwa 325 bis 55O0C; der Gesamtdruck im Reaktor liegt zwischen Atmosphärendruck und etwa 25 bar. Die Durchflußgeschwindigkeit des Wasserstoffs beträgt etwa 1 bis 10 000 Volumenteile Wasserstoff/Volumen Katalysator und pro Stunde, vorzugsweise 10 bis 5 000. Die Reduktionsdauer ist vorzugsweise nicht geringer als etwa 1 Stunde, ohne etwa 30 Stunden zu überschreiten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man bei der Regenerierung des Katalysators eine beträchtliche Verbesserung der Aktivität und der Selektivität im Vergleich zu den klassischen Regenerierungsmethoden, welche keine anfängliche Wäsche oder Elution mit einem Wasserstoffstrom enthalten.
Beispiel
In dem folgenden Beispiel verwendet man einen Alkylierungskatalysator, dessen Herstellung unten beschrieben ist: ein handelsüblicher Aluminiumoxidträger£ C, bestehend aus Kügelchen mit einem Durchmesser von 1,6 bis 2,5 mm, einer spezifischen Oberfläche von 210 m /g und einem porösen Volumen von 63 ml pro 100 g, der vorher in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre auf 700C getrocknet wurde, wird wie folgt imprägniert:
1000 g des trockenen Trägers, der bei 700C getrocknet wurde, werden mit 1 500 ml einer Lösung in Kontakt gebracht, die
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5,1 g Rhodium in Form von Rhodiumtrichlorid-Hydrat und 40 ml analysereinen Chlorwasserstoff (d = 1,19) enthält. Nach Verbrauch der Lösung beobachtet man, daß das Rhodium in homogener Form in den Trägerkügelchen verteilt ist. Man trocknet nach dem Abtropfen 1 Stunde bei 1000C und dann 2 Stunden bei 2000C und kalziniert anschließend eine Stunde bei 35O0C. Der Katalysator wird dann mit 1400 ml einer Lösung in Kontakt gebracht, die 9,4 g Ammonium-Perrhenat und 20 ml Chlorwasserstoff enthält. Nach Verbrauch dieser Lösung und Abtropfen trocknet man eine Stunde bei 1000C und dann zwei Stunden bei 2000C, worauf man 5 Stunden in Gegenwart von Luft bei 29O0C kalziniert.
Der Katalysator wird dann im trockenen Zustand mit 560 ml einer Lösung imprägniert, die 10,2 g Kalium in Form des Nitrats enthält, dann eine Stunde bei 1000C und 5 Stunden bei 2000C getrocknet, worauf man direkt mit trockenem Wasserstoff 30 Minuten bei 3000C und anschließend eine Stunde bei 52O0C reduziert.
Der erhaltene Katalysator enthält die folgende Zusammensetzung:
0,5 Gew.-# Rhodium, 0,6 Gew.-% Rhenium, 1,0 Gew.-# Kalium,
0,85 Gew.-# Chlor.
Der erhaltene Katalysator wird einem Langdauertest der Ent-
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alkylierung von Toluol in einem System von 3 Reaktoren im festen Bett unterworfen, welche die Charge in Serie durchläuft.
Die Reaktionsbedingungen sind wie folgt:
Charge: Toluol 98,3 Gew.-#
Xylole 1,7 Gew.-#
Durchflußgeschwindigkeit (L.H.S.V.)* 2 Volumenteile Charge
pro Volumenteil Katalysator und pro Stunde
Verhältnis Wasser/Kohlenwasserstoff = 6 Mole/Mol Druck: 7 bar.
Die Temperatur wird so reguliert, daß man am Anfang jedes Cyclus - nach der Regenerierung und Aktivierung - den gleichen Umwandlungsgrad Toluol hat; so ist die Temperatur beim Anlaufen des ersten Cyclus, d.h.mit neuem Katalysator, 47O0C.
Man erhält am Anfang des Cyclus die folgenden Resultate:
molare Umwandlung des Toluole 61,
molare Selektivität an Benzol 95,
molare Ausbeute an Benzol 58,4#
Nach 550 Stunden Versuchsdauer bemerkt man einen regelmäßigen Abfall der Umwandlung des Toluole und der Benzolausbeute: die molare Umwandlung des Toluole beträgt 5656 und die Benzolausbeute 53#. Man entscheidet sich zur Regenerierung des Katalysators in dem dritten von der Charge durchlaufenen Reak-
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tor, den man also aus dem Kreislauf entnimmt um seine Regenerierung im Reaktor selbst durchzuführen. Für die Regenerierung fuhrt man einen ersten Versuch entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren durchs
man stoppt die Zufuhr der Charge und des Wasserdampfs im dritten Reaktor,
anschließend wäscht man den Katalysator im dritten Reaktor 4 Stunden mit Wasserstoff (Stufe (a) des Verfahrens), wobei man progressiv die Temperatur des katalytischen Bettes vermindert, welche am Anfang der Wasserstoffpassage sich auf der Temperatur des Cyclusendes, d.h.auf etwa 480 C, befand, ohne daß man unter 3000C absinken läßt (Druck: 1 bar).
Der verwendete Wasserstoff enthält 0,02 Mol Chlor pro 100 Mol Wasserstoff. Nach dieser Wäsche mit Wasserstoff reinigt man diesen Wasserstoff durch eine 2stündige Wäsche mit Stickstoff (Stufe (b) des Verfahrens).
Anschließend beträgt die Temperatur des katalytischen Bettes 3000C und man führt bei 4000C ein sauerstoffenthaltendes Inertgas bei einem Partialdruck von 0,015 bar ein (Stufe (c) des Verfahrens). Man hält anschließend (Stufe (d) des Verfahrens) eine ausreichende Zeit auf eine Temperatur von etwa 4000C, um 95% der Koksniederschläge zu entfernen (Druck: 1bar). Die Temperatur der Verbrennungsfront überschreitet 55O0C nicht. Das für diese Verbrennung verwendete Gas enthält eine
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Chlorkonzentration von 0,02 Mol-% Chlor im Gas; das Gas enthält außerdem 0,03 Vol.-# Wasserdampf.
Nach beendeter Verbrennung wird der Katalysator mit Luft und gleichzeitig mit Chloräthylen behandelt (Stufe (e) des Verfahrens), wobei die Chlorkonzentration 0,02 Mol-#, bezogen auf die verwendete Luft, beträgt; die Luft enthält ferner 0,02 Vol.-# Wasser. Diese Behandlung mit Luft wird bei einer Temperatur von 45O0C zwei Stunden mit einer Durchflußgeschwindigkeit der Luft von von 500 Voluraenteilen pro Volumen Katalysator und pro Stunde durchgeführt; anschließend wird der Katalysator an der Luft bei der gleichen Temperatur nochmals zwei Stunden kalziniert (Stufe (f) des Verfahrens); Druck: 1 bar; Menge Luft: 500 Volumenteile pro Volumen Katalysator und pro Stunde.
Bevor man die den regenerierten Katalysator enthaltende Reaktionszone in einen neuen Kreislauf wieder einbaut, wird der Katalysator mit Stickstoff gereinigt (Stufe (g) des Verfahrens), dann einer 2stündigen Reduktion mit Wasserstoff bei einer Temperatur von 45O°C unterworfen.
Im Falle des Vergleichsversuchs(übliche Regenerierung) wird der Katalysator keiner Wäsche mit Wasserstoff unterworfen, während alle anderen Bedingungen identisch sind.
Die bei 5 Kreisläufen erhaltenen Resultate sind in graphi-
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scher Form in der Abbildung gezeigt, wo man gleichzeitig die Entwicklung der molaren Umwandlung des Toluols "C" und der molaren Ausbeute an Benzol "Rdt" in Funktion zur Zeit in Stunden "H" im Verlauf des ersten Cyclus mit neuem Katalysator und anschließend im Verlauf von 4 folgenden Cyclen gezeigt hat, die nach 4 aufeinanderfolgenden Regenerierungen durchgeführt wurden, welche jeweils am Ende der 4 ersten Cyclen erfolgten. In der Graphik wird auch die Entwicklung der Temperatur "T" des katalytischen Bettes in Funktion dieser Cyclen gezeigt. Diese Temperatur ändert sich nämlich, wenn der Katalysator einen Verlust der Aktivität und Selektivität im Verlauf der Zeit erleidet, wobei dieser Verlust nicht vollständig nach jeder Regenerierung ausgeglichen wird: es ist also nötig, die Reaktionstemperatur zu steigern, um diese Verminderungen der Aktivität und Selektivität zu kompensieren.
In der Graphik sind ebenfalls zu Vergleichszwecken die Resultate eingetragen, die man nach einem Entaktivierungsversuch unter den gleichen Bedingungen wie den oben beschriebenen erhält, wobei sukzessive Regenerierungen des katalytischen Bettes durchgeführt werden. Die Regenerierung bei dem Vergleichsversuch wird wie oben angegeben durchgeführt. Jedoch wird der zu regenerierende Katalysator weder der vorherigen Behandlung mit Wasserstoff noch der Reinigung mit Stickstoff im Anschluß an die vorherige Behandlung unterworfen.
Die Regenerierung beginnt also direkt nach der einstündigen
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Wäsche mit einem Inertgas mit der Einführung des gleichen Gases, welches Sauerstoff mit einem Partialdruck von 0,015 bar enthält, bei 3000C.
In der Graphik sind in glatten Strichen die Ergebnisse eingetragen, die man bei der erfindungsgemäßen Regenerierung erhält, während gestrichelt die Resultate einer nicht-erfindungsgemäßen Regenerierung wiedergegeben sind.
Es werden die folgenden Beobachtungen gemacht:
Beim ersten Cyclus sind ersichtlich die Resultate identisch. Aber anschließend nach der ersten Regenerierung bemerkt man die Vorteile bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Regenerierungsmethode, bei der man nämlich im Vergleich zu der nicht-erfindungsgemäßen Methode einerseits den Aktivitätsverlust im Verlauf des ersten Cyclus oder dann von einem Cyclus zum anderen vermindern kann und andererseits auch den Abfall der Benzolausbeute, d.h.die Selektivität beträchtlich vermindert.
Bei der erfindungsgemäßen Regenerierung wird außerdem die Dauer jedes Cyclus im Vergleich zur Dauer der Cyclen bei den nicht-erfindungsgemäßen Regenerierungen gesteigert.
Ferner ist die Steigerung der Temperatur am Anfang jedes Cyclus nach der Regenerierung, welche zur Kompensation der Aktivitätsverluste des Katalysators erforderlich ist, viel weniger
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groß, wenn man erfindungsgeinäß regeneriert als wenn man nicht erfindungsmäß regeneriert.
In dieser Offenbarung steht der Ausdruck : „ Effluent " für den Ausdruck : „ Das Ausströmende ".
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-Xf-
Leerseite

Claims (10)

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Entalkylierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators, welcher einen Träger und 0,1 bis 1 Gew.-^ von mindestens einem Edelmetall der Platinfamilie, 0,5 bis 4 Gew.-$ eines Halogens, ein zweites Metall oder eine Metallverbindung aus der Gruppe Titan, Rhenium, Kupfer, Silber und Gold sowie ein drittes Metall oder eine Metallverbindung aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren in mindestens 2 Reduktionszonen durchgeführt wird, wobei jede dieser Zonen der Reihe nach aus dem Kreislauf entnommen wird, um eine Regenerierung des darin enthaltenen Katalysators durchzuführen und diese Regenerierung die folgenden Stufen (a) bis (g) durchläuft:
a) eine vorherige Wäsche des aus dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone und des darin enthaltenen Katalysators, wobei diese Wäsche mit einem Wasserstoffstrom mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 bis 10 000 h~ , einem Druck in der Reaktionszone von etwa 1 bis 25 bar und einer Temperatur der Reaktionszone von etwa 300 bis 7000C durchgeführt wird,
b) eine Wäsche der aus dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone mit einem Inertgas zur Entfernung jeder Spur des
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ORIGINAL INSPECTED
restlichen Wasserstoffs aus der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone, welche den zu regenerierenden Katalysator enthält,
c) progressiver Ersatz des Inertgases, welches in der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone, welche die Stufe (b) durchlaufen hat, vorhanden ist durch ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas,
d) Verbrennung des in der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone enthaltenen Katalysators mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, dessen partieller Sauerstoff druck mindestens 0,005 bar beträgt, wobei das Gas in die dem Kreislauf entnommene Reaktionszone bei einer Temperatur von etwa 300 bis 55O°C und einem Druck von etwa 1 bis 25 bar sowie einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 bis 500 Volumenteilen/Volumen Katalysator und pro Stunde eingeführt wird und die Sauerstoffmenge im Gas so geregelt wird, daß die Verbrennungsfront, welche das Katalysatorbett durchwandert, etwa 65O0C nicht überschreitet und zwar nicht mehr als etwa 1500C über der Temperatur des Gases am Eingang des katalytischen Bettes liegt, worauf die Kalzinierung, nachdem die Verbrennungsfront das katalytische Bett völlig durchlaufen hat, anschließend bei einer Temperatur von etwa 300 bis 5000C eine ausreichende Dauer fortgesetzt wird, um mindestens 90$ des Kohlenstoffgehalts zu vermindern, der im Katalysator ursprünglich enthalten war, d.h.im
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Moment, als die Reaktionszone dem Kreislauf entnommen wurde,
e) Der Katalysator der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone wird mit einer Menge Luft oder mit einem äquivalenten Gas mit einer Durchflußgeschwindigkeit von etwa 1 bis 10 000 Volumenteilen/Volumen Katalysator pro Stunde behandelt, und zwar bei einer Temperatur von etwa 300 bis 500 C in Gegenwart von mindestens einem Halogen oder mindestens einer Halogenverbindung in ausreichender Menge, so daß die fixierte Menge Halogen einen Wert von 0,5 bis 4 Gew.-% beträgt,
f) Kalzinierung in Gegenwart von Luft oder einem äquivalenten Gas bei einer Temperatur von etwa 300 bis 600°C mit einer Menge Luft oder einem äquivalenten Gas mit etwa 1 bis 10 000 Volumenteilen/Volumen Katalysator pro Stunde unter einem Druck von etwa 1 bis 25 bar und
g) Reinigung der dem Kreislauf entnommenen Reaktionszone mit einem Inertgas, worauf man diese Reaktionszone erneut in den Kreislauf der Entalkylierungsvorrichtung einbringt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Katalysatorträger Aluminiumoxid verwendet und der Katalysator mindestens Rhodium enthält.
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3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des Wasserstoffs in der Stufe (a) etwa 10 bis 5 000 h"1 beträgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Wäsche in Stufe (a) verwendete Wasserstoffstrom ein Halogen oder eine Halogenverbindung in einer ausreichenden Menge enthält, so daß am Ende der Wäsche der Katalysator etwa 0,5 bis 4 Gew.-j6 Halogen, bezogen auf den Katalysator, enthält.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator am Ende der Wäsche 0,8 bis 2 Gew. -j£ Halogen enthält.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halogen Chlor verwendet.
7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halogenverbindung eine Chlorverbindung verwendet.
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8. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zur Verbrennung verwendete Gas in Stufe (d) 0,01 bis 10 Vol.-# Wasserdampf enthält.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zur Verbrennung in Stufe (d) verwendete Gas ein Halogen oder eine Halogenverbindung enthält.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator nach der Reinigung der Stufe (g) vor der Wiederverwendung als Entalkylierungskatalysator einer Reduktion mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas unterworfen wird.
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DE19792947634 1978-11-29 1979-11-27 Verfahren zur regenerierung eines katalysators fuer die entalkysierung von aromatischen kohlenwasserstoffen mit wasserdampf Withdrawn DE2947634A1 (de)

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