DE3009495A1 - Verfahren zur herstellung von aromatischen kohlenwasserstoffen und wasserstoff - Google Patents

Verfahren zur herstellung von aromatischen kohlenwasserstoffen und wasserstoff

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DE3009495A1 DE19803009495 DE3009495A DE3009495A1 DE 3009495 A1 DE3009495 A1 DE 3009495A1 DE 19803009495 DE19803009495 DE 19803009495 DE 3009495 A DE3009495 A DE 3009495A DE 3009495 A1 DE3009495 A1 DE 3009495A1
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    • B01J23/06Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C2529/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites, pillared clays

Description

SHELL INTERIIATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V.
Den Haag, Niederlande
"Verfahren zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff".
beanspruchte
Priorität: 14. März 1979 - Niederlande - Nr. 7902020
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff aus Propan oder aus einem Kohlenwasserstoffgemisch, welches zu über 75 Gewichtsprozent aus Paraffinen mit höchstens vier Kohlenstoffatomen im
Molekül (C.-Paraffine) und zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Propan besteht, unter Verwendung eines kristallinen Silikats
als Katalysator. Dieses kristalline Silikat ist dadurch gekenn-
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zeichnet, daß es nach einstündiger Calcinierung an der Luft bei 5OO°C folgende Eigenschaften aufweist:
(a) Das Röntgen-Pulverdiagraram weist unter anderem die aus der Tabelle A ersichtlichen Reflexe auf.
Tabelle A
Cu-K0^ -Strahlung Wellenlänge 0,15418 nm
2 Θ relative Intensität
7,8 - 8,2 stark
8,7-9,1 mittel
11,8 - 12,1 schwach
12,4 - 12,7 schwach
14,6 - 14,9 schwach
15,4-15,7 s chwach
15,8 - 16,1 schwach
17.6 - 17,9 schwach 19,2 - 19,5 schwach 20,2 - 20,6 ' schwach
20.7 - 21,1 schwach
2 3,1 - 23,4 sehr stark
23.8 - 24,1 sehr stark 24,2 - 24,8 stark
29,7 - 30,1 mittel
θ = Winkel nach dem Bragg1sehen Gesetz
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(b) Nach der Umwandlung des Silikats in die H-Form und 16-stündiger Evakuierung bei 2x10 " bar und 4OO°C und Messung bei einem Kohlenwasserstoffdruck von 8x1O bar und 1OO°C ist die Adsorption von η-Hexan mindestens 0,8 mMol/g, die Adsorption von 2,2-Dime thy lbutan mindestens 0,5 mf-lol/g und das Verhältnis der
Adsorption von η-Hexan
Adsorption von 2,2-Dimethylbutan
mindestens 1,5.
(c) Die Zusammensetzung, ausgedrückt in Mol der Oxide, ist folgende :
y (1 ,0+0, 3) Mn .20.y.Al3O3 .SiO3
wobei M = Wasserstoff und/oder Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall, η die Wertigkeit von M bedeutet und y"mindestens
einen Wert von 0,O065 hat.
Im Hinblick auf die unter (c) genannten Messungen der Adsorption ist das Silikat zuerst in die Η-Form umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgt dadurch, daß man das bei 500°C calcinierte Silikat mit 1,0 m NH.ND--Lösung sieden läßt, das entstandene Produkt mit Wasser wäscht, es nochmals mit 1 ,0 m NH .NO-,-Lösung sieden läßt und wäscht, das nunmehr entstandene Produkt bei 120 C trocknet und anschließend bei 500°C calciniert.
Untersuchungen der Anmelderin zu dem vorstehend genannten Verfahren haben ergeben, daß die Aktivität sowie die Selektivität diedie Bildung von aromatischen
ser Katalysatoren in bezug auf/ · Kohlenwasserstoffenund Wasserstoff zum einen sehr stark von dem Wert y in der Formel abhängen,
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welcher die Gesantzusammensetzung des Silikats bestimmt, und zum anderen von dem in dem Verfahren angewandten Druck. Dabei ist festgestellt worden, daß, um eine für kommerzielle Zwecke akzeptable Aktivität und Selektivität des Verfahrens für die Bildung aromatischer Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff zu erhalten, y mindestens 0,0065 sein sollte, das Silikat als Promotor Zink enthalten und das Verfahren selbst bei einem Druck zwischen 5 und 10 bar durchgeführt werden sollte.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff, in welchem Pronan oder ein Kohlenwasserstoffgemisch, welches zu über 75 Gewichtsprozent aus C.-Paraffinen und zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Propan besteht, mit einem wie vorstehend beschriebenen kristallinen Silikat unter einem Druck zwischen 5 und 10 bar in Berührung gebracht wird, der Wert y in der Formel, welcher die Gesamtzusammensetzung des Silikats bestimmt, mindestens 0,0065 beträgt und das Silikat als Promotor Zink enthält.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist als Ausgangsmaterial Pronan oder ein Kohlenwasserstoffgemisch zu verwenden, welches zu über 75 Gewichtsprozent aus C^-Paraffinen und zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Propan besteht. In Betracht kommende cT-
Paraffine sind dabei Methan, Äthan, Propan, Butan und Isobutan. Wird als Ausgangsmaterial ein'Kohlenwasserstoffgemisch verwendet, welches außer einem oder mehreren C.-Paraffinen ein oder mehrere andere Kohlenwasserstoffe enthält, so können
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diese anderen Kohlenwasserstoffe unter anderem Monoolefine, Diolefine oder C-Paraffine sein. Bevorzugt wird als Ausgangsmaterial ein Kohlenwasserstoffgemisch, welches zu über 60 Gewichtsprozent aus Propan besteht. Ebenfalls bevorzugt werden
Kohlenwasserstoffgemische, welche zu weniger als 20 Gewichtsaus
prozent/Methan und/oder Äthan bestehen. Ein sehr zweckmäßiges Einsatzmaterial für das erfindüngsgemäße Verfahren ist ein Kohlenwasserstoffgemisch, das im wesentlichen aus C,- und C.Paraffinen besteht und als Nebenprodukt bei der Herstellung von Mineralöl gewonnen worden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 400 und 700°C, insbesondere zwischen 450 und 600°C, einem Druck zwischen 6 und 9 bar und einer Raumgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 20 g.g .h , insbesondere zwischen 0,5 und 10 g.g .h durchgeführt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Propan oder ein Kohlenwasserstoff gemisch, welches zu über 75 Gewichtsprozent aus C.Paraffinen und zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Propan besteht, dadurch in aromatische Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff umgewandelt, daß man dieses Einsatzmaterial mit einem kristallinen Silikat in Berührung bringt, welches unter anderem nach seinem Röntgen-Pulverdiagramm nach einstündiger Calcinierung bei 500°C an der Luft definiert bzw. bestimmt wird. Dieses Röntgen-Pulverdiagramm sollte unter anderem die in Tabelle A enthaltenen Reflexe aufweisen. Das vollständige Röntgen-Pulverdiagramm eines typischen Beispiels eines für die erfindungs-gemäße Verwendung geeigneten Silikats geht aus der Tabelle B hervor (Strahlung:
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-*-/to
Cu-K .. ; Wellenlänqe: 0,15418 nm)
θ
δ ,00
8 ,90
9 ,10
11 ,95
12 ,55
13 ,25·
13 ,95
14 ,75
15 ,55
15 ,95
17 ,75
19 ,35
20 ,40
20 ,90
21 ,80
22 ,25
23 ,25
23 ,95
24 ,40
25 ,90
26 ,70
27 ,50
29 ,30
29 ,90
31 ,25
32 ,75
34 ,40
36, ,05
37 ,50
45, r30
Tabelle
Relative Intensität (100. I : I)
55 36 20
4 10
9 10
100 45 27 11
7 11
Beschreibung
scharf scharf Schulter normal normal normal normal breit breit breit breit normal normal normal normal normal scharf scharf scharf breit breit normal normal breit normal normal normal breit breit breit
I = Intensität des stärksten Einzelreflexes in dem Pulver diagramm θ = Winkel nach dem Bragg1sehen Gesetz
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Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Katalysator verwendeten kristallinen Silikate können ausgehend von einem wässrigen Gemisch Hergestellt werden, welches die folgenden
Verbindungen enthält:
Eine oder mehrere Verbindungen eines Alkali- oder Erdalkalimetalls (!'.) , eine oder mehrere Verbindungen mit einem organischen Kation (R),oder aus der bzw. denen ein solches Kation während der Herstellung des Silikats gebildet wird, eine oder mehrere Siliciumverbindungen sowie eine oder mehrere Aluminiumverbindungen. Die Herstellung erfolgt dadurch, daß man das Gemisch so lange höheren Temperaturen aussetzt, bis sich das Silikat gebildet hat, und dann die Silikatkristalle von der Mutterlauge trennt. In dem wässrigen Gemisch, aus dem die Silikate hergestellt werden, sollten die verschiedenen Verbindungen in den folgenden Mengenverhältnissen, ausgedrückt in Mol der Oxide, vorliegen:
M2/n° : {R)2/p° =0'1 - 20'
(R)2/d° : Si02 = °'01 ~ °'5'
2 : Al0O3 $£Γ00, und
H0O : SiO2 = 5 - 50.
η bedeutet dabei die Wertigkeit von M und ρ die Wertigkeit von
Bei der Herstellung der Silikate wird vorzugsweise von einem basischen Gemisch ausgegangen, in welchem M in Form einer Natriumverbindung und R in Form einer Tetraprcpylammoniumverbindunn vorliegt.
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Der Wert für γ in der Formel, welcher die Zusammensetzung der Silikate bestimmt, läßt sich mit Hilfe des molaren Verhältnisses von SiOp : Al-O-. im Aus gangs gemisch einstellen, und zwar so, daß Silikate mit umso niedrigeren Werten für y erhalten werden, je höher das molare Verhältnis von SiO_ : Al9O3 im Ausgangsgemisch gewählt wird.
Die vorstehend beschriebenen Silikate enthalten Alkalimetallionen und/oder Erdalkaliiaetallionen sowie organische Kationen. Bei Verwendung geeigneter Austauschmethoden können die Alkalimetallionen und die Erdalkalimetallionen durch andere Kationen, beispielsweise Wasserstoffionen oder Ammoniumionen, ersetzt werden. Organische Kationen können durch Calcinieren der Silikate sehr zweckir.äßigerweise in Wasserstoff ionen umgewandelt v/erden. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Katalysatoren verwendeten kristallinen Silikate weisen vorzugsweise einen Alkalimetallgehalt von unter 0,1 Gewichtsprozent, und insbesondere von unter 0,01 Gewichtsprozent, auf. Werden die kristallinen Silikate als Katalysator verwendet, so können sie gegebenenfalls mit einem Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder Kaolin, kombiniert werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte ein Silikat verwendet werden, welches als Promotor Zink enthält. Bevorzugt wird dabei ein Silikat, welches zwischen 0,05 und 20 Gewichtsprozent, und
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insbesondere zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent Zink enthält. Die Einverleibung des Zinks in das Silikat kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch Ionenaustausch oder durch Imprägnieren. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorzug einem Silikat gegeben, bei welchem die Einverleibung des Zinks dadurch erfolgte, daß man das Silikat mit einer wässrigen Lösung eines Zinksalzes imprägnierte und das imprägnierte Material anschließend trocknete und calcinierte.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird sehr zweckmäßig so durchgeführt, daß man das Einsatzmaterial aufwärts oder abwärts durch einen vertikal angeordneten Reaktor leitet, in welchem sich ein festes oder sich fortbewegendes Bett des betreffenden Katalysators befindet.
Die Erfindung wird nun anhand des nachstehenden Beispiels im einzelnen erläutert.
Beispie 1
Es wurden drei kristalline Silikate (Silikate A-C) dadurch hergestellt, daß man Gemische von SiO2, NaAlO3, NaOH und /(C3H7) £1] OH in Wasser 2 4 Stunden lang bei 150°C in einem Autoklaven unter autogenem Druck erhitzte. Nachdem die Reaktionsgemische abgekühlt waren, wurden die entstandenen Silikate abgefiltert, mit Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Waschwassers etwa 8 betrug .und anschließend zwei Stunden bei 120°C getrocknet. Nach einstündiger Calcinierung bei 500°C an der Luft wiesen die Silikate A-.C folgende Eigenschaften auf:
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BAD
(a) Sie waren bis zu Temperaturen über 8OO°C thermisch stabil;
(b) Das Röntgen-Pulverdiagramm entsprach im wesentlichen dem in Tabelle B.
(c) Nach der Umwandlung der Silikate in die Η-Form und 16-stündiger Evakuierung bei 2x10 bar und 4OO°C und Messung bei einem Kohlenwasserstoffdruck von 8x10~^ bar und 1OO°C betrug die Adsorption von n-Hexan 1 ,2 mMol/g, die Adsorption von 2,2-DimethyIbutan 0,7 mMol/g und das Verhältnis der Adsorption von n-Hexan
Adsorption von 2,2-Dimethylbutan
(d) Die Zusammensetzung, ausgedriickt in Mol der Oxide, betrug:
Silikat A: 0,030 M2O. 0,030 Al2O3.Si Silikat B: 0,0038 M3O. 0,0038 Al2O3.Si Silikat C: 0,0077 M3O. O,OO77 Al3O3
wobei M = Wasserstoff und Na ist.
Die molare Zusammensetzung der wässrigen Gemische, aus denen die Silikate hergestellt wurden, geht aus Tabelle C hervor.
Tabelle C
Silikat 4n72o 1 A B C
Na2O 1 ,5 16 8
Al2O3 6 1 1
/(C3H7) 37 ,75 72 36
SiO2 675 ,5 400 200
H 0 7200 3600
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BAD ORiGINAL
Die Silikate I bis III wurden jeweils aus den Silikaten A-C hergestellt, und zwar dadurch, daß man die bei 50O0C calcinierten Materialien mit 1,0 m UH .ΝΟ-,-Lösung sieden ließ, die entstandenen Produkte mit Wasser wusch, sie nochmals mit 1,0m NH.!-IO-.-Lösung sieden ließ und wusch und die entstandenen Produkte anschließend bei 1200C trocknete und bei 5000C calcinierte.
Aus den Silikaten I bis III als Ausganqsmaterialien wurden alsdann die Silikate 1 bis 3 hergestellt, welche Zink enthalten. Die Herstellung erfolgte dadurch, daß man Proben der Silikate I bis III mit einer wässrigen Lösung von Zinknitrat imprägnierte und das imprägnierte Material anschließend trocknete und calcinierte. Die Silikate 1 bis 3 wiesen folgende Zusammensetzungen auf:
Silikat 1: 2 Gew.-% Zink in dem Silikat I Silikat 2: 2 Gew.-% Zink in dem Silikat II Silikat 3: 2 Gew.-% Zink in dem Silikat III.
Dann wurden die Silikate 1 bis 3 und das Silikat I auf ihre Eig-
aromatisehen nung als Katalysator bei der Herstellung von/Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff aus Pronan getestet. Der Versuch wurde in einem Reaktor von 50 ml Passungsvermögen durchgeführt, v/elcher ein Katalysatorfestbett von 5 ml 3ettvolumen aufwies, das aus dem betreffenden Silikat bestand. Über den Katalysator wurde Propan bei einer Temperatur von 475 C und einer Raumgeschwindigkeit von 2 g Propan/g Silikat/h geleitet. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle D enthalten. Die Tabelle enthält dabei die folgenden Daten:
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(a) Die Aktivität =
Gewichtsteile (Gesamtorodukt - in dem Produkt enthaltenes Pronan)
Gewichtsteile des Gesamtprodukts
χ 100;
(b) die Selektivität für aromatische Kohlenwasserstoffe =
Gewichtsteile in dem Produkt enthaltener
aromatischer Kohlenwasserstoffe
Gewientstelle (Gesamtprodukt - in dem Produkt enthaltenes Propan)
(c) die Selektivität für Wasserstoff =
Gewichtsteile in dem Produkt enthaltenen
Wasserstoffs
Gewichtsteile (Gesamtprodukt - in dem Produkt enthaltenes Propan)
und
(d) den angewandten Druck.
χ 100;
χ 100;
Tabelle
Versuch
Nr.
Silikat
Nr.
Druck
bar
Aktivität Selekt.f.
aromat.
Kohlen
wasser
stoffe
Selektivität
für
Wasserstoff
1 1 6 33,1 39,4 2,42
2 1 30 79,2 27,8 0,38
3 2 6 5,1 60,5 6,81
4 3 2 24,9 39,3 3,72
5 I 15 77,7 24,3 0,58
6 I 6 52,8 27,1 O,76
Von den in der Tabelle D wiedergegebenen Versuchen ist nur der Versuch Nr. 1 ein erfindungsgemäßer Versuch. Dieser Versuch wurde bei einem Druck zwischen 5 und 10 bar und unter
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Ver.'/endunq eines Silikats als Katalvsator durchgeführt, welches als Proiaotor Zink enthielt und den für y erforderlichen Wert aufwies. In dem Versuch wurde sowohl eine hohe Aktivität als auch eine hohe Selektivität für aromatische Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff erzielt. Die Versuche 2 bis 6 liegen außerhalb der Erfindung und sind nur zu Vergleichszwecken herangezogen worden. In Versuch 2 wurde ein zu hoher Druck angewandt, was zu einer unannehmbar niedrigen Selektivität für Wasserstoff führte. In den Versuchen 3 und 4 wurde entweder ein Silikat mit einem zu niedrigen Wert für y verwendet oder aber ein zu niedriger Druck angewandt, was in beiden Fällen in einer unannehmbar niedrigen Aktivität resultierte. In den Versuchen 5 und 6 wurde ein Silikat verwendet, welches kein Zink enthielt, und in Versuch Nr. 5 wurde darüber hinaus ein zu hoher Druck angewandt, was in beiden Fällen zu einer unannehmbar niedrigen Selektivität für aromatische Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff führte.
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Claims (8)

Patentansprüche
1./ Verfahren zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet , daß man Propan oder ein Kohlenwasserstoffgemisch, welches zu über 75 Gewichtsprozent aus C.-Paraffinen und zu mindestens 50 Gewichtsprozent aus Propan besteht, unter einem Druck zwischen 5 und 10 bar mit einem kristallinen Silikat als Katalysator in Berührung bringt, welches als Promotor Zink enthält, und das Silikat nach einstündiger Calcinierung bei 5OO°C an der Luft folgende Eigenschaften aufweist:
Tabelle A
Cu-K^x/-Strahlung Wellenlänge 0,15418 nm
2 Θ relative Intensität
7,8 - 8,2 stark
8,7 - 9,1 mittel
11,8-12,1 schwach
12,4 - 12,7 schwach
14,6 - 14,9 schwach
15,4-15,7 s chwach
15,8-16,1 schwach
17.6 - 17,9 schwach 19,2 - 19,5 schwach 20,2 - 20,6 schwach
20.7 - 21,1 .schwach
2 3,1 - 23,4 sehr stark
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ORIGINAL INSPECTED
Forsetzunc von Tabelle A
23,8 - 24,1 sehr stark
4,2 - 2 4,8 stark
29,7 - 30,1 mittel
θ = Winkel nach dem Bragg1sehen Gesetz
(b) Nach der Umwandlung des Silikats in die Η-Form und 16-stündiger Evakuierung bei.2x10 bar und 4OO*C und Messung bei einem Kohlenwasserstoffdruck von 8x10 bar und 10O0C ist die Adsorption von η-Hexan mindestens 0,8 mMol/g, die Adsorption von 2, 2-Dinethylbutan mindestens 0,5 itiMol/g und das Verhältnis der Adsorption von n-Kexan
Adsorption von 2,2 -DimethyIbutan mindestens 1,5.
(c) Die Zusammensetzung, ausgedrückt in Mol der Oxide, ist folgende :
yd ,0+0,3)Mn/2O.Y-Al2D3.SiO2,
wobei M = wasserstoff und/oder Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall, n. die Wertigkeit von M bedeutet und y £0,0065 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ein-
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satzmaterial ein Kohlenwasserstoffgemisch verwendet wird, welches zu über 60 Gewichtsprozent aus Propan besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einsatzmaterial ein Kohlenwasserstoffgemisch ist, welches zu weniger als 20 Gewichtsprozent aus Methan und/oder
Xthan besteht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzmaterial ein Kohlenwasserstoffgemisch ist, welches im wesentlichen aus C,- und C4-Paraffinen besteht und
als llebenprodukt bei der Herstellung von Mineralöl gewonnen
worden ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses bei einer Temperatur zwischen 400 und 700 C
und einer Raumgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 20 g.g .h
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikat verwendet wird, dessen Alkalimetallgehalt unter 0,1 Gewichtsprozent beträgt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikat zwischen 0,05 und 20 Gewichtsprozent Zink enthält.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einverleibung des Zinks in das Silikat dadurch er-
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folgte, daß man das Silikat mit einer v/ässrigen Lösung eines Zinksalzes imprägnierte und das imprägnierte Material anschließend trocknete und calcinierte.
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DE19803009495 1979-03-14 1980-03-12 Verfahren zur herstellung von aromatischen kohlenwasserstoffen und wasserstoff Granted DE3009495A1 (de)

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