DE3021371A1 - Verfahren zur selektiven hydrierung einer kohlenwasserstoff-fraktion mit 2 bis 3 kohlenstoffatomen pro molekuel - Google Patents
Verfahren zur selektiven hydrierung einer kohlenwasserstoff-fraktion mit 2 bis 3 kohlenstoffatomen pro molekuelInfo
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Description
>R. GERHARD RATZEL
PATENTANWALT ,_
Akte 3916
6ö00 MANNHEIM I1 4. Juni
Seckenheimer Straße 36 a · T C0621) 406315
Poetecheck: Frankfurt/M Nr. 87SK03
Bank: Deutsche Bank Mannheim (BLZ 67070010) Nr 7200066
Teleer.-Code : Gerpal
Telex 463570 Pore D
INSTITUT FRANCAIS BU PETROLE
4, Avenue de Bois-Preau
92502 RUEIL-MALMAISON / Frankreich
Verfahren zur selektiven Hydrierung einer Kohlenwasserstoff-Fraktion
mit 2 "bis 3 Kohlenstoffatomen pro Molekül
Zusatz zu Patentanmeldung P 29 13 2o9.o
Ö300B1/0790
Die vorliegende Erfindung "betrifft ein Verfahren zur selektiven
Hydrierung der Verunreinigungen einer Äthylen- und / oder Propylen-Fraktion.
In der älteren Patentanmeldung No. 29 13 209.0 ist ein Verfahren
zur Hydrierung einer Kohlenwasserstoff-Fraktion "beschrieben,
die gleichzeitig mindestens einen diolefinischen und mindestens einen acetylenischen Kohlenwasserstoff enthält, wobei der acetylenische
Kohlenwasserstoff hydriert wird, aber nicht der diolefinische Kohlenwasserstoff. Man verwendet hierfür einen
Palladium-Katalysator auf Aluminiumoxid, dessen mittlere Teilchengröße der Kristallite mindestens 50 Ingström beträgt.
Die Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen bei hoher Temperatur, wie z.B.die Dampf-Crackung, liefern ungesättigte
Kohlenwasserstoffe, wie z.B.Äthylen, Propylen, Butadien, Butene sowie Kohlenwasserstoffe, die im Benzinbereich sieden; die gasförmigen,
mono-olefinischen Kohlenwasserstoffe mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen, die man bei diesem Verfahren erhält, enthalten
gleichfalls eine gewisse Menge Kohlenwasserstoffe mit grosserem Ungesättigtheitsgrad. Die Menge dieser Kohlenwasserstoffe
ändert sieh je nach der Härte der TJmwandlungsbedingungen, ist
aber immer zu gering, um ihre Abtrennung und Verwendung in der Petrochemie ins Auge zu fassen. Jedoch macht ihre Anwesenheit
neben den mono-olefinischen Kohlenwasserstoffen die Verwendung der letzteren in der Petrochemie schwierig bzw.unmöglich. Dies
ist der Pail bei siner Äthylen- oder Propylen-Fraktion, aus der
030051/07 9 0
I MACH
man das Acetylen oder Propin und das Propadien so vollständig wie möglich entfernen muß.
Um reines Propylen zu erhalten, wird "bei den bekannten Verfahren
eine möglichst selektive Hydrierung des Propins und Propadiens der CU-Charge bezweckt. Eine typische Charge aus der Dampf-Crackung
enthält 2 bis 5 G-ew.-$ Propan, 90 bis 95 Gew.-# Propylen,
2 bis 3 Gew.-$ Propin und 1 bis 2 Gew.-$ Propadien.
Die Reinheit des Propylene, welche für den petrochemischen Endzweck
gefordert ist, entspricht üblicherweise höchstens 10 ppm der Summe Propin + Propadien. Außerdem ist es erwünscht, daß
die Ausbeute an Propylen mindestens 100$ beträgt, im allgemeinen
mehr, da Propin und Propadien selektiv zu Propylen hydriert werden.
Ein selektiver Hydrierungskatalysator muß zwei wesentliche Eigenschaften haben: eine große Selektivität, so daß die acetylenischen,
allenischen und diolefinischen Verunreinigungen selektiv hydriert werden, wobei aber die Nebenreaktionen der Hydrierung
der Mono-Olefine und der Polymerisierung vermieden
werden, welche nicht nur eine Verminderung der Ausbeute, sondern auch eine Entaktivierung des Katalysators hervorrufen.
Die bislang am meisten verwendeten Katalysatoren bestehen aus Palladium, welches auf einem Aluminiumoxid- oder Silieiumdioxid-Träger
niedergeschlagen isto
0300B1/0799
Mit den üblichen Katalysatoren erhält man im allgemeinen einen
Oligomeren-G-ehalt von 0,5 bis 1 Gew.-^ im Produkt, welches die
Hydrierung verläßt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Katalysatoren, welche diese Nachteile nicht
haben, wobei der Gehalt an gebildeten Oligomeren meist unter 0,2 Gew.-# im Produkt ist.
Ein erster Spezialfall der Anwendung dieses Verfahrens ist die
Hydrierung einer Cg-Fraktion, die z.B.60 bis 98 YoI.-% Äthylen,
0,2 bis 5 Vol.-# Acetylen und 0 bis 35$ Äthan enthält.
Ein weiterer Spezialfall der Anwendung des Verfahrens ist die Hydrierung von C,-Fraktionen, die mindestens 80 Gew.-% Propylen,
1 bis 5 Gew.-# Propin, 0,5 bis 5\Gew.-# Propadien und 0 bis 15
Gew.-^ Propan enthalten.
Die Erfindung besteht darin, daß man die zu behandelnde Fraktion im Kontakt mit einem Palladium-Katalysator auf Aluminiumoxid behandelt,
wobei die mittlere Teilchengröße der Palladium-Kristallite mindestens 50 Angström beträgt. Diese Teilchengröße wird
z.B.durch Elektronenmikroskopie gemessen. Ein Katalysator, der
dieser Definition entspricht, kann durch Einarbeitung einer Palladiumverbindung auf Aluminiumoxid im Gewichtsverhältnis von
—fclS-0,1
Jb N 5$ i^nd anschließende Aktivierung durch Erhitzen auf eine
Temperatur von 600 bis 1 10O0C, vorzugsweise 700 bis 95O0C hergestellt
werden; dieses Erhitzen kann in neutraler Atmosphäre erfolgen, z.B.in Stickstoff, in reduzierender Atmosphäre, z.B.
030051 /0790
-y-t.
in Wasserstoff, in oxidierender Atmosphäre, z.B.in einem freien
Sauerstoff enthaltenden Gas. Bevorzugt ist jedoch eine oxidierende
Atmosphäre, da man hierdurch eine "besonders schnelle Bildung der Palladium-Kristallite erhält. Man kann unter beliebigem
Druck arbeiten, z.B.unter Normaldruck. Erforderlichenfalls kann man mit einer reduzierenden Behandlung abschließen, z.B.mit Wasserstoff
in bekannter Weise; die Reduktionstemperatur liegt vorzugsweise zwischen O und 20O0C.
Die Einarbeitung der Palladiumverbindung kann in beliebiger Weise erfolgen, z.B.durch trockenes Vermischen oder in Gegenwart
von Wasser, oder durch Imprägnierung mit einer lösung einer Palladiumverbindung.
Die Palladiumverbindung kann eine beliebige, bekannte und / oder für eine analoge Verwendung vorgeschlagene
Palladiumverbindung sein, z.B.Palladiumnitrat, Palladiumchlorid oder Palladium-Acetylacetonat. In gewissen Fällen können andere
Metalle mit cokatalytischem Effekt zugesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Aluminiumoxidträger geringer
Acidität mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als 100 m /g verwendet.
Die Verwendung von Aktivierungstemperaturen, die viel tiefer als
die erfindungsgemäß ausgewählten Temperaturen sind, führt zu Katalysatoren mit einer mittleren Teilchengröße der Kristallite
unterhalb 45 Angström; diese Katalysatoren führen zu einer zu hohen Bildung von Oligomeren.
830051/0790
Die selektive Hydrierung kann bei einer Temperatur von etwa O
bis 16O0C durchgeführt werden. Man arbeitet in Gasphase oder in
flüssiger Phase. Im letzteren Fall, der insbesondere bei einer Cz-Fraktion anwendbar ist, muß der Druck ausreichend sein, um
eine flüssige Phase aufrecht zu erhalten; man arbeitet vorzugsweise bei O bis 800C unter 10 bis 4-0 bar mit einer Flüssigkeitsmenge von 2 bis 50, vorzugsweise 10 bis 30 Volumenteilen pro Volumenteil
Katalysator und pro Stunde. In Gasphase ist die Menge der C2- und / oder C,-Fraktion (WH Gas), z.B. 500 bis 20 000
Volumenteile pro Volumenteil Katalysator und pro Stunde, wobei der Druck z.B. 5 bis 30 bar beträgt.
Dap Molverhältnis Wasserstoff / zu hydrierende ungesättigte
Kohlenwasserstoffe (acetylenisch und gegebenenfalls diolefinisch) ist im allgemeinen 1:1 bis 5 : 1» vorzugsweise 1:1 bis 2:1.
Bei einer Variante dieses Verfahrens kann man mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden katalytisehen Zonen arbeiten. Der Katalysator
der ersten Zone ist der Katalysator mit Palladium-Kristalliten einer mittleren Teilchengröße von mindestens 50
Ingström - wie oben beschrieben; der Katalysator mindestens einer Endzone ist ein klassischer Palladiumkatalysator auf Aluminiumoxid,
dessen Kristallite eine mittlere Teilchengröße von maximal 45 Ingström haben.
Man verwendet vorzugsweise in diesem Fall 5 bis 70 zweckmäßig 20 bis 60 Vol.-# des Katalysators mit großen Kristal-
030051/073Ö
Uten (50 Ingström oder mehr), während der Rest aus klassischem
Katalysator besteht. Vorteilhaft werden 50 bis 90$ der acetylenischen
und diolefinisehen Kohlenwasserstoffe im Kontakt mit dem ersten Katalysator umgewandelt, während der Rest der Umwandlung
im Kontakt mit dem zweiten Katalysator erfolgt, z.B.bis zu einem Umwandlungsgrad von 92$ oder mehr.
Der klassische Katalysator mit kleinen Kristalliten wird in gleicher Weise wie der Katalysator mit großen Kristalliten erhalten,
wenn auch die Kalzinierung unterhalb 6000C, z.-B.bei 300
bis 55O0C durchgeführt wird.
Der erfindungsgemäß verwendete Wasserstoff kann rein oder mit Inertgasen, z.B.Methan, verdünnt sein.
Man stellt einen Katalysator her, indem man einen Aluminiumoxid-Träger
aus Kügelchen mit 2 mm Durchmesser, einer spezifischen Oberfläche von 57 m /g und einem porösen Gesamtvolumen von
0,6 cnr/g so mit einer Salpetersäurelösung von Palladiumnitrat imprägniert, daß der fertige Katalysator einen Gehalt von 0,3
Gew,-% Palladium hat. Nach der Imprägnierung wird der Katalysator
bei 1200C im Trockenschrank getrocknet und dann zwei Stunden
unter einem Luftstrom bei 45O0C kalziniert.
Eine Probe des Katalysators wird reduziert, indem man zwei Stun-
030051/0798
' ΛΑ
den "bei 10O0C Wasserstoff darüberleitet; anschließend wird er
durch Elektronenmikroskopie untersucht. Man findet eine mittlere Größe der Palladium-Kristallite von 35 Angström. Der Katalysator
wird in einer Röhrenreaktor gegeben und in situ reduziert, indem man zwei Stunden "bei 10O0C Wasserstoff durchleitet.
Man arbeitet unter folgenden Reaktionsbedingungen:
Durchflußgeschwindigkeit (TVH flüssig) ..... 20
Druck 20 bar
Temperatur 200C
H2/Propin + Propadien 1,2 Mol/Mol
Die Analyse der Charge und des erhaltenen Produkts ist in der folgenden Tabelle angegeben:
Propan 4,0 6,0
Propylen 91,5 93,4
Propin 2,7 nicht nachweisbar
Propadien . 1,8 etwa 5 ppm
Oligomere - 0,6
Total 100,0 100,0
Man stellt fest, daß der Katalysator aktiv und selektiv ist, da man einerseits leicht den gewünschten Gehalt an restlichem Propin
und Propadien erreicht und andererseits die Ausbeute an Propylen 93,4/91,5, d.h. 102$ beträgt. Jedoch erreicht der Ge-
030051/0790
halt an gebildeten Oligomeren 0,6 Gew.-^.
Man stellt wie in Beispiel 1 einen Katalysator her, der im fertigen
Zustand 0,3 Gew.-% Palladium enthält. Der Katalysator wird wie in Beispiel 1 getrocknet, aber unter verschiedenen
Iemperaturbedingungen kalziniert, d.h.zwei Stunden bei 9000C.
Eine Probe des Katalysators wird durch Elektronenmikroskopie untersucht; man findet nach 2stündiger Reduktion mit einem Wasserstoff
strom bei 10O0C einen mittleren Durchmesser der Kristallite
von 80 Angstrom. Der Katalysator wird in einen Reaktor gegeben
und wie in Beispiel 1 reduziert.
Das erhaltene Produkt hat die folgende Zusammensetzung:
Gew. -fd
Propan Propylen Propin Propadien Oligomere
Total 100,0
Man beobachtet, daß mit dem erfindungsgemäßen Katalysator der Gehalt an gebildeten Oligomeren sehr stark vermindert ist, wäh-
030051/0739
6 | 8 | ,2 |
93 | 0 | ,65 |
nicht | nachweisbar | |
ppm | ||
,15 |
rend die Aktivität und Selektivität ausgezeichnet bleiben. Die
Ausbeute an Propylen beträgt 93,65/91,5 bzw. 102,3$, d.h.etwas
mehr als beim üblichen Katalysator. Der Gehalt an Propadien ist leicht höher, bleibt aber weit unterhalb der üblichen Kormen.
In diesem Beispiel stellt man einen Katalysator her, indem man den gleichen Aluminiumoxid-Träger wie in Beispiel 1 imprägniert;
jedoch ist der Gehalt der Imprägnierungslösung an Palladiumnitrat so vermindert, daß 0,045 Gew.-# Palladium statt 0,3
$ eingeführt werden. Nach der Imprägnierung wird der Katalysator getrocknet und dann wie in Beispiel 1 bei 4000C kalziniert.
Eine Probe dieses Katalysators wird reduziert, indem man zwei Stunden bei 1000G Wasserstoff durchleitet; anschließend
wird der Katalysator durch Elektronenmikroskopie untersucht und man findet eine mittlere Größe der Palladium-Kristallite von
30 Angstrom. Der Katalysator wird dann in ein festes Bett in einen Röhrenreaktor gegeben und in situ reduziert, indem man
zwei Stunden bei 1000G Wasserstoff durchleitet.
Dann behandelt man eine gasförmige Charge einer Cp-Praktion der
Dampf-Crackung mit folgender Zusammensetzung:
Acetylen 1 Vol.-%
Äthylen 80 Vol.-#
Äthan 19 Vol.-%
030051/0790
- γ- ff-
Man. arbeitet unter folgenden Reaktionsbedingungenj
G-esamtdruck 25 bar
WH Gas 2 500 n~1
Anfangstemperatur ................ 800C
Molverhältnis H2/Acetylen 2,3
Außerdem enthält der zugesetzte Wasserstoff eine gewisse Menge Kohlenmonoxid, so daß das gasförmige Gesamtgemiseh (Og-Fraktio
+ Wasserstoff) 80 ppm (Mol) Kohlenmonoxid enthält, welches die Selektivität noch erhöhen soll. Das nach etwa hundert Stunden
erhaltene Gasgemisch hat die folgende Zusammensetzung:
Äthylen 79,7 Vol.-?*
Acetylen ................ ^ 2 ppm (Vol.)
Äthan 20,3 #
Nach dem Abkühlen wird jedoch eine flüssige Phase kondensiert,
die aus welche Oligomeren entspricht V Kohlenwasserstoffen mit 4
bis 20 Kohlenstoffatomen bestehen.Die Zusammensetzung dieser Fraktion ist etwa wie folgt:
C4 70%
C6 20$
C8 5^
C10+ 5*
Die Gesamtmenge dieser flüssigen Phase entspricht 2 000 ppm, bezogen auf das Gesamtgewicht des behandelten Gases. Ein Teil
030051/0790
der C^0 -Fraktion füllt die Poren des Katalysators und verschmutzt
Hin der Reihe nach, so daß man, um die Leistung aufrecht zu erhalten (4 2 ppm Acetylen), die Temperatur progressiv
"bis auf etwa 1500C steigern muß, was nach 2monatiger Funktion
erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird auch "bei Steigerung der Temperatur oberhalb von 15O0C die Spezifikation des Produkts
nicht mehr erreicht und man muß den Katalysator dann regenerieren.
Ein Katalysator wird hinsichtlich des Trägers υη^ des Palladiumgehalts
(0,045 Gew.-5^) wie in Beispiel 3 hergestellt,
aber die Kalzinierungsphase wird wie in Beispiel 2 nach der vorliegenden Erfindung bei 9000C durchgeführt. Eine Probe dieses
Katalysators wird reduziert, indem man zwei Stunden bei 10O0C
Wasserstoff durchleitet; anschließend wird durch Elektronenmikroskopie untersucht und man findet eine mittlere Kristallitgröße
von 85 Ingström.
Der Katalysator wird dann unter den gleichen Bedingungen und bei der gleichen Charge wie in Beispiel 3 getestet. Das nach hundert
Stunden erhaltene Produkt hat die folgende Zusammensetzung:
Äthylen 79,6
Acetylen ^.2 ppm
Äthan 20,4
©30051/0790
Die Menge der in flüssiger Phase erhaltenen Oligomeren entspridit
500 ppm, bezogen auf das Gewicht der Gas-JFraktion.
Wach 2monatiger Yersuchsdauer wird die erforderliche Spezifikation
des Produkts noch leicht erreicht. Die Temperatur am Ende des Cyclus von 15O0O wird erst nach sechs Monaten erreicht.
Dies zeigt den eindeutigen Vorteil des erfindungsgemäß hergestellten
Katalysators.
030051/0790
Claims (1)
- PatentansprücheVerfahren zur selektiven Hydrierung einer Cp- "und / oder C,-Kohlenwasserstoff-Fraktion, die gleichzeitig mindestens einen mono-olefinischen und mindestens einen aeetylenisehen Kohlenwasserstoff, sowie gegebenenfalls auch mindestens einen ä!olefinischen Kohlenwasserstoff enthält, mit dem Ziel, den acetylenisehen und diolefinischen Kohlenwasserstoff selektiv zu hydrieren, ohne daß eine wesentliche Hydrierung des monoolefinischen Kohlenwasserstoffs stattfindet, wobei diese Fraktion und Wasserstoff im Kontakt mit einem Palladium-Katalysator über Aluminiumoxid geleitet wird, dadurch gekennzeichnet,daß die mittlere Teilchengröße der Palladium-Kristallite im Katalysator mindestens 50 Ingström beträgt.2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die Kohlenwasserstoff-fraktion eine C^-Fraktion ist, die mindestens 80 Gew,-$ Propylen, 1 bis 5 G-ew.-$ Propin und O8,5 "bis 5 Grewe-fo Propadien enthält.ο Yerfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß der Katalysator durch Vermischen von Aluminiumoxid mit mindestens einer Palladiumverbindung unter anschließendem030051/0790ORtOtNAL INSPECTEDErhitzen auf eine Temperatur von 650 bis 1 10O0C erhalten wird.4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf 750 bis 95O0C erhitzt.5. Verfahren gemäß Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer freien Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird.6. Verfahren gemäß Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend an das Erhitzen eine reduzierende Behandlung mit Wasserstoff durchführt.7. Verfahren gesäß Ansprüchen 1 bis 5g dadurch gekennzeichnet daß man. eisen Seil der Umwandlang durch Passage über den Katalysator mit Palladitam-Erlstalllten einer mittleren Teilchengröße von mindestens 50 Angström durchführt rand die Um-= Wandlung durch Passage übe:? slaea Katalysator sit Palladium-Kristallite!?, auf llinaisiitusüsiiG. fortseist, wobei die mittlere Teilchengröße der Istztgeaaaatea Kristallite höclistens Ings tr Ba "beträgt o910 0 5 1 / 0 71 θnachqereicht]8. Verfahren gemäß Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß 5 "bis 7o # des Gesamtvolumens der beiden Katalysatoren einen Katalysator mit einer mittleren Teil-chengröße der Kristallite von mindestens 5° Angström betrifft, während der Rest dieses Gesaratvolumens einen Katalysator mit einer mittleren Teilchengröße derο Kristallite von höchstens 4-5 Angström betrifft.9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Kohlenwasserstoff-Eraktion eine Cg-Fraktion ist, die 60 bis 98$ Äthylen, 0,2 bis 5$ Acetylen und 0 bis 35$ Äthan enthält.630051/0700
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