DE3303121A1 - Verfahren zur reformierung von kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren zur reformierung von kohlenwasserstoffenInfo
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Description
Verfahren zur Reformierung von
Kohlenwasserstoffen
Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung betrifft einen neuen Katalysator und
ein neues Verfahren zur Dehydrozyklisierung von
azyklischen Verbindungen und befaßt sich insbesondere mit der Dehydrozyklisierung von Alkanen, die wenigstens 6 Kohlenstoffatome enthalten, unter Bildung der entsprechenden aromatischen Kohlenwasserstoffe.
ein neues Verfahren zur Dehydrozyklisierung von
azyklischen Verbindungen und befaßt sich insbesondere mit der Dehydrozyklisierung von Alkanen, die wenigstens 6 Kohlenstoffatome enthalten, unter Bildung der entsprechenden aromatischen Kohlenwasserstoffe.
Die katalytische Refofmierung ist in der Erdölindustrie
bekannt und besteht aus der Behandlung von Naphthafraktionen zur Verbesserung der Oktanzahl. Die bedeutenderen
Kohlenwasserstoffreaktionen, die während der Reformierung auftreten, sind eine Dehydrogenierung
von Cyclohexanen zu Aromaten, eine Dehydroisomerisierung von Alkylcyclopentanen zu Aromaten und eine Dehydrozyklisierung von Paraffinen zu Aromaten. Hydro-
von Cyclohexanen zu Aromaten, eine Dehydroisomerisierung von Alkylcyclopentanen zu Aromaten und eine Dehydrozyklisierung von Paraffinen zu Aromaten. Hydro-
crackungsreaktionen, welche in hohen Ausbeuten leichte
gasförmige Kohlenwasserstoffe ergeben, beispielsweise Methan, Ethan, Propan und Butan, sind während der Reformierung
besonders gering zu halten, da auf diese
Weise die Ausbeute an im Benzinbereich siedenden Produkten herabgesetzt wird.
Weise die Ausbeute an im Benzinbereich siedenden Produkten herabgesetzt wird.
- Die Dehydrozyklisierung ist eine der Hauptreaktionen
bei der Durchführung des Reformierungsverfahrens. Die herkömmlichen Methoden zur Durchführung dieser Dehydrozyklisierungsreaktionen venvenden Katalysatoren aus
bei der Durchführung des Reformierungsverfahrens. Die herkömmlichen Methoden zur Durchführung dieser Dehydrozyklisierungsreaktionen venvenden Katalysatoren aus
einem Edelmetall auf einem Träger. Bekannte Katalysatoren
dieser Art basieren auf Aluminiumoxid, das 0,2 bis 0,8 Gew.-% Platin und vorzugsweise ein zweites Hilfsmetall
trägt.
Die Möglichkeit der Verwendung von anderen Trägern aus Aluminiumoxid ist ebenfalls untersucht" worden. Man hat
bestimmte Molekularsiebe, wie X- und Y-Zeolith verwendet, die dann geeignet zu sein scheinen, wenn die Reaktant-
und Produktmoleküle derartig klein sind, daß sie durch die Poren des Zeolith hindurchgehen. Katalysatoren
auf der Grundlage dieser Molekularsiebe waren jedoch kommerziell nicht erfolgreich.
IQ Bei der herkömmlichen Methode zur Durchführung der vorstehend
erwähnten Dehydrozyklisierung werden die umzuwandelnden Paraffine über den Katalysator in Gegenwart
von Wasserstoff bei einer Temperatur in der Größenordnung von 5000C sowie bei Drucken zwischen 5 und 30 bar geschickt.
Ein Teil der Paraffine wird in aromatische Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Die Reaktion ist von
Isomerisations- und Crackreaktionen begleitet, die ebenfalls die Paraffine zu Isoparaffinen und leichteren Kohlenwasserstoffen
umwandeln.
Die Umwandlungsrate der Kohlenwasserstoffe zu aromatischen
Kohlenwasserstoffen schwankt in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen sowie von der Art des Katalysators.
Die bisher eingesetzten Katalysatoren haben mäßig zufriedenstellende
Ergebnisse im Falle von schweren Paraffinen ergeben, jedoch weniger zufriedenstellende
Ergebnisse im Falle von C,-Cg-Paraffinen, insbesondere
· C^-Paraffinen. Katalysatoren auf der Basis eines Typ L-Zeolith
sind selektiver bezüglich der Dehydrozyklisierungsreaktion und können zur Verbesserung der Umsatzrate
zu aromatischen Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden, ohne daß dabei höhere Temperaturen erforderlich
sind, die gewöhnlich eine nachteilige Wirkung auf die
Stabilität des Katalysators ausüben. Außerdem bedingen diese Katalysatoren im Falle von CL-C0-Paraffinen
D O
ausgezeichnete Ergebnisse. Die Ansatzdauer sowie die Regenerierbarkeit sind jedoch Probleme, und es sind auch
noch keine zufriedenstellenden Regenerierungsverfahren bekannt.
Bei einer Methode zur Dehydrozyklisierung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen werden die Kohlenwasserstoffe
in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Katalysator kontaktiert/ der im wesentlichen aus einem Typ L-Zeolith
mit austauschbaren Kationen besteht, wobei wenigstens 90 % Alkalimetallionen sind, ausgewählt aus
der Gruppe, die aus Natriumionen, Lithiumionen, Kaliumionen, Rubidiumionen sowie Cäsiumionen besteht, wobei
der Katalysator wenigstens ein Metall enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Metallen der Gruppe VIII
des Periodischen Systems der Elemente, Zinn und Germanium besteht, wobei das Metall oder die Metalle wenigstens
ein Metall aus der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente mit einer dehydrogenierenden Wirkung umfassen, so daß wenigstens ein Teil des Ausgangsmaterials
in aromatische Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsfonn dieser Methode
bedient sich eines Platin/Alkalimetall/Typ L-Zeolith-Katalysators
infolge seiner ausgezeichneten Aktivität und Selektivität bezüglich der Umwandlung von
Hexanen und Heptanen zu Aromaten, wobei immer noch die Ansatzdauer ein Problem bleibt.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die bekannten Nachteile durch Verwendung eines Katalysators aus einem
großporigen Zeolith, einem Erdalkalimetall und einem
Metall der Gruppe VIII zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen
bei extrem hoher Selektivität bezüglich der Umwandlung von Alkanen zu Aromaten. Die Kohlenwasserstoffe
werden mit einem Katalysator aus einem großporigen Zeolith, wenigstens einem Metall der Gruppe VIII
(vorzugsweise Platin) und einem Erdalkalimetall, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Barium, Strontium und
Kalzium (vorzugsweise Barium) besteht, kontaktiert. Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden die Verfahrensbedingungen
derart eingestellt, daß die Selektivität bezüglich der n-Hexandehydrozyklisierung größer als
60 % ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Selektivitätsindex des Katalysators größer als 60 %.
Der Katalysator bedingt eine zufriedenstellende Betriebsdauer.
Vorzugsweise ist der großporige Zeolith ein Typ L-Zeolith,
der 0,1 bis 5 Gew.-% Platin und 0,1 bis 35 Gew.-% Barium enthält. Die Kohlenwasserstoffe werden mit dem'
Zeolith des mit Barium ausgetauschten Typs bei einer Temperatur von 4 00 bis 6000C (vorzugsweise 450 bis
5500C), einem LHSV-Wert von 0,3 bis 10, einem Druck von
1 bis 35 bar (500 psig) (vorzugsweise 3,5 bis 21 bar (50 bis 300 psig)) und einem H_/HC-Verhältnis von 1:1
bis 10:1 (vorzugsweise 2:1 bis 6:1) kontaktiert.
Im breitesten Sinne sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Katalysators aus einem großporigen
Zeolith, einem Erdalkalimetall und einem Metall der Gruppe VIII bei der Reformierung von Kohlenwasserstoffen,
insbesondere der Dehydrozyklisierung von Alkanen, bei extrem hoher Selektivität bezüglich der Umwandlung
von Hoxanen zu Aromaten vor.
Der Begriff. "Selektivität" ist erfindungsgemäß als der
— ο _
Prozentsatz der Mole von Paraffin, das in Aromaten
umgewandelt wird, in bezug auf die MoTe, die zu Aror
maten und gecrackten Produkten umgewandelt werden,
zu verstehen, d. h.,
100 χ Mole Paraffine, die in Aro-
„ , ,. . ..... maten umgewandelt werden
Selektivität = -
Mole Paraffine, die zu Aromaten und gecrackten Produkten umgewandelt
werden
Isomerisationsreaktionen und Alkylcyclopentanbildung werden bei der Bestimmung der Selektivität nicht berücksichtigt.
Der Begriff "Selektivität für η-Hexan" ist definiert ]_5 als der Prozentsatz der Mole η-Hexan, die in Aromaten
umgewandelt werden relativ zu den Molen, die zu Aromaten und gecrackten Produkten umgewandelt werden.
Die Selektivität bezüglich der Umwandlung von Paraffinen 2ö in.Aromaten ist ein Maß für den Wirkungsgrad des Verfahrens
bezüglich der Umwandlung von Paraffinen zu gewünschten und wertvollen Produkten, und zwar Aromaten
und Wasserstoffen, und zwar im Gegensatz zu den weniger
erwünschten Produkten der Hydrocrackung.
Ein wesentlichen Merkmal jedes Dehydrozyklisierungskatalysators ist sein Selektivitätsindex. Der Selektivitätsindex
wird definiert als die "Selektivität für η-Hexan" bei Verwendung von η-Hexan als Beschickung und
beim Arbeiten bei 4900C unter einem Druck von 7 bar
bei einem LKSV-Wert von 3 und bei einem Verhältnis H-/ HC von 3 und einer Betriebsdauer von 20 h.
Hochselektive Katalysatoren erzeugen mehr Wasserstoff als weniger selektive Katalysatoren, da Wasserstoff
-ΙΟΙ erzeugt wird, wenn Paraffine in Aromaten umgewandelt
werden, und Wasserstoff verbraucht wir-d, wenn Paraffine
in gecrackte Produkte überführt werden. Eine Erhöhung der Selektivität des Verfahrens erhöht die Menge
an erzeugtem Wasserstoff (mehr Aromatisierung) und setzt
die Menge an verbrauchtem Wasserstoff herab (weniger Crackung).
Ein anderer Vorteil der Verwendung von hochselektiven
IQ Katalysatoren besteht darin, daß der durch hochselektive
Katalysatoren erzeugte Wasserstoff reiner ist als derjenige, der durch weniger selektive Katalysatoren
gewonnen wird. Diese höhere Reinheit wird deshalb erzielt, weil mehr Wasserstoff verbraucht wird, während
weniger niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe (gecrackte Produkte) erzeugt werden. Die Reinheit von bei der
Reformierung erzeugtem Wasserstoff ist dann kritisch, wenn, so wie dies gewöhnlich in einer Raffinerie der
Fall ist, der erzeugte Wasserstoff für bestimmte Verfahren verwendet wird, beispielsweise das Hydrotreating
und die Hydrocrackung, die wenigstens bestimmte minimale Wasserstoffpartialdrucke erfordern. Ist die Reinheit
zu schlecht, dann kann der Wasserstoff nicht mehr für diesen Zweck verwendet werden und muß auf weniger
wertvolle Weise eingesetzt werden, beispielsweise als Heizgas.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weisen die zugeführten Kohlenwasserstoffe vorzugsweise nichtaromatische Kohlenwasserstoffe auf, die wenigstens
6 Kohlenstoffatome enthalten. Vorzugsweise ist die Beschickung
im wesentlichen frei von Schwefel, Stickstoff/ Metallen und anderen bekannten Giften für Reformierungskatalysatoren.
-πι Die Dehydrozyklisierung wird in Gegenwart von Wasserstoff
bei einem Druck durchgeführt, der derart eingestellt wird, daß er die Reaktion thermodynamisch begünstigt
und unerwünschte Hydrocrackungsreaktionen auf kinetische Weise begrenzt. Die Drucke schwanken vorzugsweise
von 1 bis 35 bar (500 psig) und insbesondere von 3,5 bis 21 bar (50 bis 300 psig), während das Molverhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen vorzugsweise 1:1 bis 10:1 und insbesondere 2:1 bis 6:1 beträgt.
In dem Temperaturbereich von 4 00 bis 6000C verläuft die
Dehydrozyklisierungsreaktion mit annehmbarer Geschwindigkeit und Selektivität.
Liegt die Arbeitstemperatur unterhalb 4000C, dann ist
die Reaktionsgeschwindigkeit unzureichend und folglich die Ausbeute für industrielle Zwecke zu gering. Auch
sind die Dehydrozyklisierungsgleichgewichte bei tiefen Temperaturen ungünstig. Liegt die Arbeitstemperatur oberhalb
6000C, dann setzen eingreifende Sekundärreaktionen, wie eine Hydrocrackung und eine Verkokung, die Ausbeute
herab und erhöhen die Katalysatorentaktivierungsgeschwindigkeit. Es ist daher nicht zweckmäßig, die Temperatur
auf über 6000C zu erhöhen.
Der bevorzugte Temperaturbereich (430 bis 55O0C) der
Dehydrozyklisierung ist derjenige, innerhalb dessen das Verfahren optimal ist bezüglich der Aktivität, Selektivität
und der Stabilität des Katalysators.
Die stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe
liegt vorzugsweise zwischen 0,3 und 10.
Der erfindungsgemäße Katalysator ist ein großporiger
Zeolith, der mit einem oder mehreren Dehydrogenierungs-
bestandteilen beladen ist. Der Begriff "großporiger Zeolith" definiert einen Zeolith mit e'inem wirksamen
Porendurchmesser von 0,6 bis 1,5 nm (6 bis 15 A).
Von den großporigen kristallinen Zeolithen, die sich
zur Durchführung der Erfindung als geeignet erwiesen haben, sind der Typ L-Zeolith sowie synthetische Zeolithe
mit der Faujasit-Struktur, wie Zeolith X und Zeolith Y, die wichtigsten. Sie weisen scheinbare Porengrößen
in der Größenordnung von 0,7 bis 0,9 nm (7 bis
9 A) auf.
Ein Typ L-Zeolith kann bezüglich der Molverhältnisse der Oxide wie folgt wiedergegeben werden:
(0,9-1 ,3)M2/nO:Al203(5.,2-6,9)SiO2:yH20#
worin M für ein Kation steht, η den Wert von M wiedergibt uns y jeden Wert von O bis ungefähr 9 einnehmen
kann. Zeolith L, seine Röntgenbeugungsmuster, seine Eigenschaften und das Verfahren zu seiner Herstellung
werden näher in der US-PS 3 216 789 beschrieben. Diese Literaturstelle zeigt den erfindungsgemäß bevorzugt
eingesetzten Zeolith. Die richtige Formel kann ohne Veränderung der Kristallstruktur variieren, beispielsweise
kann das Molverhältnis von Silizium zu Aluminium (Si/Al) von 1,0 bis 3,5 schwanken.
Die chemische Formel für Zeolith Y, ausgedrückt als Molverhältnisse der Oxide, läßt sich wie folgt wiedergeben:
(0,7-1,1)Na2 O:Al2O322
worin χ ein Wert für mehr als 3 bis ungefähr 6 ist
und y ein Wert bis zu ungefähr 9 sein kann. Zeolith Y besitzt ein charakteristisches Röntgen-pulverbeugungsmuster,
das mit der vorstehenden Formel für die Identifizierung verwendet werden kann. Zeolith Y wird näher
in der US-PS 3 130 007 beschrieben. Diese Literaturstelle zeigt einen für die Erfindung geeigneten Zeolith.
Zeolith X ist ein synthetisches kristallines zeolithisches Molekularsieb, das durch die folgende Formel wie-
-,Q dergegeben werden kann:
(0,7-1 ,DM2 .CCAl2O3: (2,0-3,0)SiO2:yH2O,
worin M für ein Metall steht, insbesondere ein Alkalijc
und Erdalkalimetall, η ist die Wertigkeit von M und y kann jeden Wert bis zu ungefähr 8 besitzen, und zwar
je nach der Identität von M und dem Ausmaß der Hydratation des kristallinen Zeolith. Zeolith X, sein Röntgenbeugungsmuster,
seine Eigenschaften und das Verfah-2Q ren zu seiner Herstellung werden näher in der US-PS
2 882 244 beschrieben. Diese Literaturstelle zeigt einen erfindungsgemäß geeigneten Zeolith.
Der erfindungsgemäß bevorzugte Katalysator ist ein 1^YP L-Zeolith, der mit einem oder mehreren Dehydrierungsbestandteilen beladen ist.
Ein wesentliches Element der Erfindung ist das Vorliegen eines Erdalkalimetalls in dem großporigen Zeolith.
QQ Dieses Erdalkalimetall muß entweder Barium, Strontium
oder Kalzium, vorzugsweise Barium, sein. Das Erdalkalimetall kann in den Zeolith durch Synthese, Imprägnierung
oder Ionenaustausch eingebracht werden. Barium wird gegenüber anderen Erdalkalimetallen bevorzugt, da es
3g einen etwas weniger sauren Katalysator bedingt. Eine
starke Azidität ist in dem Katalysator unerwünscht,
da sie die Crackung begünstigt, was eine geringere Selektivität bewirkt.
Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens ein Teil des Alkalimetalls mit Barium ausgetauscht, wobei man
sich bekannter Methoden für den Ionenaustausch von Zeolith bedienen kann. Diese bestehen darin, den Zeolith
mit einer Lösung, die überschüssige Ba -Ionen enthält, zu kontaktieren. Das Barium sollte 0,1 bis
35 Gew.-% des Zeolith ausmachen.
Die erfindungsgemäßen Dehydrozyklisierungskatalysatoren
werden mit einem oder mehreren Metallen der Gruppe VIII beladen, beispielsweise Nickel, Ruthenium, Rhodium,
Palladium, Iridium oder Platin.
Die bevorzugten Metalle der Gruppe VIII sind Iridium
und insbesondere Platin. Sie sind selektiver bezüglich der Dehydrozyklisierung und auch stabiler unter den
Dehydrozyklisierungsbedingungen als andere Metalle der Gruppe VIII.
Der bevorzugte Prozentsatz an Platin in dem Katalysator schwankt zwischen 0,1 und 5 %.
Die Metalle der Gruppe VIII werden in den großporigen Zeolith durch Synthese, Imprägnierung oder Austausch
in einer wäßrigen Lösung eines geeigneten Salzes eingeführt. Will man zwei Metalle der Gruppe VIII in den Zeolith
einführen, dann kann diese Operation gleichzeitig oder aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
Beispielsweise kann Platin durch Imprägnieren des Zeolith
mit einer wäßrigen Lösung von Tetramminplatin-(II)-nitrat, Tetramminplatin(II)-hydroxid, Dinitrodiamino-
platin- oder Tetramminplatin (II) -chlorid eingeführt
werden. In einem Ionenaustauscherverfahren kann Platin
unter Verwendung von kationischen Platinkomplexen, wie Tetramminplatiz(II)nitratf eingeführt werden.
5
Ein anorganisches Oxid kann als Träger verwendet werden/ um den großporigen Zeolith, der ein Metall der Gruppe
VIII und ein Erdalkalimetall enthält, zu binden. Der Träger kann ein natürliches oder synthetisch erzeugtes
anorganisches Oxid oder eine Kombination anorganischer Oxide sein. Typische anorganische Oxidträger, die
verwendet werden können, sind Tone, Aluminiumoxid sowie Siliziumdioxid, wobei die sauren Stellen vorzugsweise
durch Kationen ausgetauscht sind, die keine starke Azidität verleihen, wie Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr oder Ba.
Der Katalysator kann in jeder der bekannten herkömmlichen Formen verwendet werden. So kann er in Form
von Pillen, Pellets, Granulaten, gebrochenen Fragmenten oder verschiedenen speziellen Formen eingesetzt werden,
wobei er als Festbett innerhalb einer Reaktionszone eingesetzt werden kann.und das Ausgangsmaterial durch ihn
in flüssiger, dampfförmiger oder gemischter Phase entweder
nach oben oder nach unten durchgeleitet wird.
Wahlweise kann er in einer geeigneten Form für eine Verwendung in sich bewegenden Betten oder in Fluid/
Feststoff-Prozessen hergestellt werden, wobei in diesem Falle das Ausgangsmaterial nach oben durch ein turbulentes
Bett des feinverteilten Katalysators geleitet wird.
Nach der Einführung des gewünschten Metalls oder der gewünschten Metalle wird der Katalysator in Luft bei
ungefähr 2600C behandelt und dann in Wasserstoff bei Temperature von 20Ü bis 7000C und vorzugsweise 400 bis
6200C reduziert.
Nach dieser Stufe ist er für den Einsatz in dem De-
hydrozyklisierungsverfahren fertig. In-einigen Fällen
ist es jedoch vorzuziehen, beispielsweise dann, wenn das Metall oder die Metalle durch Ionenaustausch eingeführt
worden sind, eine etwa noch vorhandene Restaktivität des Zeolith durch Behandeln des Katalysators mit
einer wäßrigen Lösung eines Salzes oder Hydroxids eines geeigneten Alkali- oder Erdalkalielements zu beseitigen,
um alle Wasserstoffionen zu neutralisieren, die während ^q der Reduktion der Metallionen durch Wasserstoff gebildet
werden.
Um eine optimale Selektivität zu erzielen, sollte die Temperatur derart eingestellt werden, daß die Reak-
■j^g tiönsgeschwindigkeit merklich ist, der Umsatz jedoch
weniger als 98 % beträgt, da eine zu hohe Temperatur und eine zu starke Reaktion eine nachteilige Wirkung
auf die Selektivität ausüben. Der Druck sollte innerhalb eines geeigneten Bereiches eingestellt werden.
Ein zu hoher Druck bedingt eine thermodynamische Grenze
(Gleichgewichtsgrenze) in bezug auf die gewünschte Reaktion, insbesondere die Hexanaroraatisierung, während ein
zu geringer Druck eine Verkokung und Entaktivierung bewirken kann.
Der Hauptvorteil der Erfindung liegt in der Verbesserung der Selektivität bezüglich der Umwandlung von Paraffinen
(insbesondere. C.--Co-Paraffinen) in Aromaten,
es wurde jedoch in überraschender Weise gefunden, daß die Selektivität bezüglich der Umwandlung von Methylcyclopentan
in Benzol ausgezeichnet ist. Diese Reaktion, welche beim Einsatz herkömmlicher Reformierungskatalysatoren
auf der Basis von chloriertem Aluminiumoxid eine sauer katalysierte Isomerisationsstufe beinhaltet,
verläuft an dem erfindungsgemäßen Katalysator mit einer
Selektivität, die so gut oder sogar noch besser ist als
bei Einsatz der bekannten Katalysatoren auf der Basis von chloriertem Aluminiumoxid. Die Erfindung kann daher
auch dazu verwendet werden, die Umwandlung von Ausgangsmaterialien
mit einem hohen Gehalt von 5-gliedrigen Ringalkylnaphthenen zu Aromaten zu katalysieren.
Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
der erfindungsgemäße Katalysator stabiler ist als bekannte zeolithische Katalysatoren. Die Stabilität des
Katalysators oder die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Entaktivierung bestimmt seine Gebrauchsdauer.
Lange Gebrauchsdauern bedingen weniger Ruhezeiten und Kosten bei der Regenerierung oder beim Ersatz der Katalysatorcharge
.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem ersten Katalysator
kontaktiert, der ein herkömmlicher Reformierungskatalysator ist, und einem zweiten Katalysator, welcher
ein Dehydrozyklisierungskatalysator ist und aus einem
großporigen Zeolith, einem Erdalkalimetall und einem Metall der Gruppe VIII besteht.
Die Verwendung eines Reformierungskatalysators aus einem Aluminiumoxidträger, Platin und Rhenium wird in der US-PS
3 415 737 beschrieben, die den Einsatz eines vorteilhaften, herkömmlichen Reformierungskatalysators erläutert.
Andere vorteilhafte bimetallische Katalysatoren sind Platin/Zinn, Platin/Germanium, Platin/Blei sowie
Platin/Iridium.
Die Kohlenwasserstoffe können mit den zwei Katalysatoren
in Reihe kontaktiert werden, wobei die Kohlenwasserstoffe zuerst mit dem ersten (herkömmlichen) Reformierungskatalysator
und dann mit dem zweiten (Dehydrozyklisie-
rungs-)Katalysator kontaktiert werden. Man kann auch
so verfahren, daß die Kohlenwasserstoffe zuerst mit dem zweiten Katalysator und dann mit dem ersten Katalysator
kontaktiert werden. Ferner können die Kohlen-Wasserstoffe parallel mit einer Fraktion der Kohlenwasserstoffe,
die mit dem ersten Katalysator kontaktiert werden, und einer anderen Fraktion der Kohlenwasserstoffe,
die mit dem zweiten Katalysator kontaktiert werden, in Berührung gebracht werden. Ferner können
die Kohlenwasserstoffe mit beiden Katalysatoren gleichzeitig in dem gleichen Reaktor kontaktiert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern besonders vorteilhafte Verfahren und Zusammensetzungen, sollen die Erfindung
jedoch nicht beschränken.
Ein Arabian Light Straight Run, das zur Entfernung von Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff einer Hydrofining-Behandlung
unterzogen worden ist, wird unter einem Druck von 7 bar bei einem LHSV-Wert von 2 und einem
Verhältnis H„/HC von 6 mit drei verschiedenen Katalysatoren
reformiert. Die Beschickung enthält 80,2 Volumen-% Paraffine, 16,7 Volumen-% Naphthene und 3,1 VoIumen-%
Aromaten und enthält außerdem 21,8 Volumen-% C5, 52,9 Volumen-% Cg, 21,3 Volumen-% C7 sowie 3,2 Volumen-%
Cg.
In dem ersten Versuch wird das Arabian Light Straight Run bei 4990C unter Einsatz eines herkömmlichen sulfi-
* dierten Platin/Rhenium/Aluminiumoxid-Katalysators gemäß der US-PS 3 415 737 reformiert.
Bei der Durchführung des zweiten Versuchs wird das Arabian Light Straight Run bei 493°C unter Einsatz
eines Platin/Kalium/Typ L-Zeolith-Katalysators reformiert,
der hergestellt wird durch (1) Imprägnierung eines Kalium/Typ L-Zeoliths mit 0,8 % Platin unter
Einsatz von Tetramminplatin(II)nitrat, (2) Trocknen
des Katalysators, (3) Kalzinieren des Katalysators bei 2600C und (4) Reduzieren des Katalysators bei 480 bis
5000C während 1 h.
Bei dem dritten Versuch, und zwar dem erfindungsgemäßen
Verfahren, wird das Arabian Light Straight Run bei 493°C unter Einsatz eines Platin/Barium/Typ L-Zeolith-Katalysators
reformiert, der hergestellt wird durch
(1) Ionenaustausch eines Kalium/Typ L-Zeolith mit einem
ausreichenden Volumen einer 0,17 molaren Bariumnitratlösung, die einen Überschuß an Barium im Vergleich zu
der Ionenaustauscherkapazität des Zeolithen enthält,
(2) Trocknen des erhaltenen Barium-ausgetauchten Typ L-Zeolith-Katalysators,
(3) Kalzinieren des Katalysators bei 5900C, (4) Imprägnieren des Katalysators mit 0,8 %
Platin unter Verwendung von Tetramminplatin(II)nitrat,
(5) Trocknen des Katalysators, (6) Kalzinieren des Katalysators bei 2600C und (7) Reduzieren des Katalysators
in Wasserstoff bei 480 bis 5000C während 1 h.
Die Ergebnisse dieser drei Versuche sind in der Tabelle I zusammengefaßt.
_ | 0,1 | 499°C Pt/Re/ 493°C Alumi- Pt/K/L niumoxid |
5,5 | 493°C Pt/Ba/L |
|
Tabelle I | 0,5 | 2,8 | 2,5 | 3,6 | |
Beschik- kung |
5,1 | 6,6 | 3,2 | 1,3 | |
-20 | C1 Gew.-% Beschickung | 11,3 | 9,3 | 0,9 | 1,5 |
C2 | 81,3 | 5,8 | 3,8 | 0,5 | |
C3 · | 1,5 | 6,8 | 6,7 | 2,4 | |
iC4 | 0,8. | 13,6 | 12,6 | 5,6 | |
9,8 | 7,8 | 12,6 | |||
IC5 | 13,4 | 40,6 | 9,3 | ||
15,1 | 12,7 | 43,8 | |||
C,+ P+N 6 |
15,8 | 69,9 | 15,0 | ||
Benzol | 63 | 1660 | 74,4 | ||
Cj+ ArouQten | 470 | 72 | 2050 | ||
C5+ LV Z Ausbeute | 20 | 87 | |||
Wasserstoff, SCF/B | |||||
Selektivität, Mol-% | |||||
C+ P —> Aromaten | |||||
Diese Versuchsreihe zeigt, daß der Einsatz eines Platin/ Barium/Typ L-Zeolith-Katalysators bei der Reformierung
eine Selektivität bezüglich der Umwandlung von Hexanen zu Benzol bedingt, die wesentlich besser ist als diejenige
nach dem Stand der Technik. Zusammen mit dieser überlegenen Selektivität ist eine Zunahme der Erzeugung
von gasförmigem Wasserstoff festzustellen, der für andere Verfahren eingesetzt werden kann. Es ist darauf zu
achten, daß die Wasserstoffreinheit höher ist im Falle des Pt/Ba/L-Versuchs, da mehr Wasserstoff und weniger
C. plus C2 erzeugt werden.
-21-Beispiel 2
Es wird eine zweite Versuchsreihe durchgeführt, um zu
zeigen, daß die Erfindung auch mit anderen großporigen Zeolithen zusätzlich zu dem Typ L-Zeolith arbeitet.
Der Selektivitätsindex wird für vier Katalysatoren gemessen.
Diese zweite Versuchsreihe wird unter Einsatz von n-He- ^Q xan als Beschickung durchgeführt. Alle Versuche dieser
Reihe erfolgen bei 4900C, bei einem Druck von 7 bar, einem LHSV-Wert von 3 und einem Verhältnis H2/HC von 3.
Zur Durchführung des ersten Versuchs wird ein Platin/ ,c Kalium/Typ L-Zeolith verwendet/ der gemäß dem zweiten
Verfahren von Beispiel 1 hergestellt worden ist.
Zur Durchführung des zweiten Versuchs wird ein Platin/
Barium/Typ L-Zeolith verwendet, der entsprechend dem 2Q dritten Verfahren von Beispiel 1 hergestellt worden ist,
mit der Ausnahme, daß die Bariumnitratlösung 0,3 molar und nicht 0,17 molar war.
Zur Durchführung des dritten Versuchs wird ein Platin/ Natrium/Zeolith Y verwendet, der durch Imprägnieren
eines Natrium/Zeolith Y mit Pt (NH-).(NO3)2 zur Einstellung
von 0,8 % Platin, anschließendes Trocknen, Kalzinieren des Katalysators bei 2600C und Reduktion
in Wasserstoff bei 480 bis 5000C hergestellt worden ist·
Zur Durchführung des vierten Versuchs wird ein Platin/ Barium/Zeolith Y verwendet, der durch Ionenaustausch
eines Natrium/Zeolith Y mit 0,3 molarem Bariumnitrat bei
800C/ Trocknen und Kalzinieren bei 5900C, anschließendes
Imprägnieren des Zeolith mit Pt. (NHL·) . (NO3) ~ zur Einstellung
von 0/8 % Platin, anschließendes Trocknen, Kalzinieren des Katalysators bei 26O0C und nachfolgende Reduktion
in Wasserstoff bei 480 bis 5000C hergestellt worden ist. Die Ergebnisse dieser Versuche gehen aus
der folgenden Tabelle II hervor.
Tabelle | 20 | II | Selektivitätsindex |
Umsatz | 59 | ||
5 h | 85 | _h | 79 |
70 | 79 | 92 | |
85 | 68 | 54 | |
82 | 66 | ||
74 | |||
Pt/K/L
Pt/Ba/L
!5 Pt/Na/Y
Pt/Ba/Y
Pt/Ba/L
!5 Pt/Na/Y
Pt/Ba/Y
Der Zusatz von Barium zu einem großporigen Zeolith, wie einem Typ Y-Zeolith, bewirkt daher eine erhebliche
Verbesserung der Selektivität für η-Hexan. Zu bemerken ist, daß die Stabilität des Platin/Barium/Typ L-Zeolith
ausgezeichnet ist. Nach 20 h ist kein Abfallen des Umsatzes festzustellen, wenn der Platin/Barium/Typ L-Zeolith-Katalysator
verwendet wird.
Es wird eine dritte Versuchsreihe durchgeführt, um die
Wirkung der Zugabe von weiteren Bestandteilen zu dem Katalysator zu zeigen.
Diese dritte Versuchsreihe wird unter Verwendung einer Beschickung durchgeführt, die zur Entfernung von Schwefei,
Sauerstoff und Stickstoff einer Hydrofining-Behänd-
lung unterzogen worden ist. Sie enthält 80,9 Volumen-%
Paraffine, 16,8 Volumen-% Naphthene und 1,7 Volumen-% Aromaten. Die Beschickung enthält ferner 2,6 Volumen-%
C5, 47,6 Volumen-% Cg, 4 3,4 Volumen-% C sowie 6,3 VoIumen-%
Cg. Alle Versuche dieser Reihe werden bei 4900C
unter einem Druck von 7 bar bei einem LHSV-Wert von 2,0
und einem H^/HC-Verhältnis von 6,0 durchgeführt.
Zur Durchführung des ersten Versuchs wird ein Platin/ Natrium/Zeolith Y nach der dritten Methode des Beispiels
2 hergestellt.
Zur Durchführung des zweiten Versuchs wird ein Platin/ Barium/Zeolith Y nach der vierten Methode des Beispiels
2 hergestellt.
Zur Durchführung des dritten Versuchs wird ein Platin/ Seltene Erde/Zeolith Y durch Imprägnieren eines im Handel
erhältlichen Seltenen Erde/Zeolith Y, erhalten von der Strem Chemicals Inc., zum Einbau von 0,8 % Pt unter
Einsatz von Pt (NH3) .(NO3)„, anschließendes Trocknen
des Zeolith, Kalzinieren bei 2600C und Reduktion bei 480 bis 5000C hergestellt.
Zur Durchführung des vierten Versuchs wird ein Platin/ Seltene Erde/Barium/Zeolith Y durch Ionenaustausch
eines im Handel erhältlichen Strem Chemicals Inc. Seltene Erde/Zeolith Y mit einer 0,3 molaren Ba (NO3)^Lösung
bei 8O0C, Trocknen und Kalzinieren des Zeolith bei 59O0C, Imprägnieren desselben mit Pt (NH3)4(NO3)2 zur
Einstellung von 0,8 % Pt, anschließendes Trocknen, Kalzinieren des Zeolith bei 2600C und Reduktion bei 480
bis 5000C hergestellt. Die Ergebnisse dieser Versuche gehen aus der folgenden Tabelle III hervor.
-24-Tabelle III
Aktivität Aromaten nach
3 h, C5+ Selektivität, %
Mol·-9, der Beschickung nach 3 h
Pt/Na/y 36 46
Pt/Ba/Y 54 68
Pt/Seltene Erde/Y 22 (zu gering, um zu messen)
Pt/Ba/Seltene Erde/Y 36 27
Diese Versuchsreihe zeigt, daß die Zugabe von Seltenen Erden zu dem Katalysator eine nachteile Wirkung auf
die Selektivität ausübt.
Ein Arabian Naphtha, das zur Entfernung von Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff einer Hydrofining-Behandlung
.20 unterzogen worden ist, wird unter einem Druck von 7 bar, einem LHSV-Wert von 3 und einem Verhältnis H2/HC von
3 zur Gewinnung eines Cr+-Produktes mit einem Aromatengehalt
von 82 Gew.-% nach zwei verschiedenen Verfahren reformiert. Die Beschickung ist ein einer Hydrofining-Behandlung
unterzogenes Arabian Naphtha, das 67,9 % Paraffine, 2 3,7 % Naphthene und 8,4 % Aromaten enthält.
Die Destillationsergebnisse nach der D86-Methode sind folgende: Start - 95°C, 5 % - 1040C, 10 % - 1060C, 30 %
- 1200C, 50 % - 1300C, 70 % - 1430C7 90 % - 1600C,
95 % - 1700C, EP 188°C.
Zur Durchführung des ersten Verfahrens wird das Arabian Naphtha bei 516°C in einem Reaktor unter Einsatz eines
herkömmlichen Reformierungskatalysators aus 0,3 Gew.-%
Pt, 0,6 Gew.-% Re, 1,0 Gew.-% Cl, auf Aluminiumoxid,
-25-reformiert. Er wird getrennt zuvor sulfidiert.
Zur Durchführung des zweiten Verfahrens wird das Arabian
Naphtha bei 493°C in dem gleichen Reaktor reformiert, wobei die obere Hälfte des Reaktors den gleichen Katalysatortyp,
der dem ersten Verfahren entspricht, und die Bodenhälfte des Reaktors einen Platin/Barium/Typ L-Zeolith-Katalysator
enthält, der nach"den in Beispiel 1 beschriebenen Methoden hergestellt worden ist.
Die Ergebnisse dieser zwei Versuche gehen aus der Tabelle IV hervor.
-
Pt/Re/Alumi- 1/2 Pt/lWMuminiumoxid
niumoxid 1/2 Pt/Ba/L
Entaktivierungsgeschwin-
digkeit -2,0 1,9
C5+Ausbeute, LV% Ausbeute 68,9 71,0
Wasserstoff, SCF/D 950 1050
Claims (23)
1.!Verfahren zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe mit einem Katalysator kontaktiert werden, der aus
einem großporigen Zeolith besteht, der
(a) wenigstens ein Metall der Gruppe VIII und
(b) ein Erdalkalimetall, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Barium, Strontium und Kalzium besteht,
enthält, wobei der Selektivitätsindex des Katalysators größer als 60 % ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Erdalkalimetall aus Barium und
das Metall der Gruppe VIII aus Platin besteht.
Ii. I.
-2-
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator 0,1 bis 35 Gew.-% Barium und 0,1 bis 5 Gew.-% Platin enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte großporige Zeolith eine scheinbare
Porengröße von 0,7 bis 0,9 nm besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
jQ daß der eingesetzte großporige Zeolith aus der Gruppe
ausgewählt wird, die Zeolith X, Zeolith Y sowie Typ L-Zeolith besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
,C daß der eingesetzte großporige Zeolith aus Zeolith Y
besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte großporige Zeolith ein Typ L-Zeo-
2Q lith ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung bei einer Temperatur von 400 bis
6000C, einem LHSV-Wert von 0,3 bis 5, einem Druck von
0,07 bis 35 bar und einem H^/HC-Verhältnis von 1:1 bis
10:1 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung bei einer Temperatur von 430 bis
5500C, einem Druck von 3,5 bis 21 bar und einem H2/HC-Verhältnis
von 2:1 bis 6:1 durchgeführt wird.
10. Verfahren zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe mit einem Katalysator kontaktiert werden, der aus
einem großporigen Zeolith besteht, der
(a) wenigstens ein Metall der Gruppe VIII und
(b) ein Erdalkalimetall, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Barium, Strontium und Kalzium besteht,
g enthält, wobei die Verfahrensbedingungen derart
eingestellt werden, daß die Selektivität bezüglich der n-Hexandehydrozyklisierung mehr als 60 % beträgt
.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Erdalkalimetall aus Barium und
das Metall der Gruppe VIII aus Platin besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der eingesetzte Katalysator 0,1 bis 35 Gew.-% Barium und 0,1 bis 5 Gew.-% Platin enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der eingesetzte großporige Zeolith aus Zeolith X, Zeolith Y und Typ L-Zeolith besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der großporige Zeolith aus Zeolith Y besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der großporige Zeolith ein Typ L-Zeolit-h ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung bei einer Temperatur von 4 30
bis 55O0C, bei einem Druck von 3,5 bis 21 bar und einem H-/HC-Verhältnis von 2:1 bis 6:1 durchgeführt
wird.
17. Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß
-A-
(a) die Kohlenwasserstoffe unter Reformierungsbedingungen
sowie in Gegenwart von Wasserstoff mit einem ersten Katalysator aus einem Metalloxidträger,
indem in inniger Mischung Platin und Rhenium verteilt sind, kontaktiert werden und
(b) die Kohlenwasserstoffe mit einem zweiten Katalysator
aus einem großporigen Zeolith, der wenigstens ein Metall der Gruppe VIII sowie ein Erdalkalimetall,
ausgewählt aus der Gruppe, die aus Barium, Strontium und Kalzium besteht, enthält, kontaktiert werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Erdalkalimetall aus Barium und
das Metall der Gruppe VIII aus Platin besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Dehydrozyklisierungskatalysator
0,1 bis 35 Gew.-% Barium und 0,1 bis 5 Gew.-% Fiatin enthält.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der eingesetzte großporige Zeolith aus Zeolith X, Zeolith Y sowie Typ L-Zeolith besteht.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte großporige Zeolith aus Zeolith Y besteht.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
der großporige Zeolith ein Typ L-Zeolith ist.
23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung in der Stufe (b) bei einer Temperatur
von 430 bis 5500C, einem Druck von 3,5 bis 21 bar und
einem H_/HC-Verhältnis von 2:1 bis 6:1 durchgeführt wird.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: CHEVRON RESEARCH AND TECHNOLOGY CO., SAN FRANCISCO |
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