DE3744086C2 - Verfahren zur selektiven Hydrierung von Alkinen - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Alkinen aus flüssigen
Kohlenwasserstoffströmen, wobei die Verluste an konjugierten Dienen, die in diesen Strömen enthalten sind,
minimal sind. Insbesondere betrifft die Erfindung die selektive Hydrierung von Alkinen, die in den 1,3-Butadien
reichen C4-Schnitten aus den Dampfcrack-Einheiten, die hauptsächlich zur Herstellung von synthetischem
Kautschuk verwendet werden, vorhanden sind.
Die Polymerisation von 1,3-Butadien zur Herstellung von synthetischem Kautschuk ist ein wichtiges indu
strielles Verfahren. Einige 10 Millionen Tonnen synthetischer Kautschuk werden jährlich hergestellt. Die dabei
typischerweise verwendeten Ausgangsmaterialien enthalten einen Großteil 1,3-Butadiene und Butene, aber sie
enthalten auch merkliche Mengen an Alkinen (auch Acetylene genannt), hauptsächlich Vinylacetylen. Da Acety
lene bei der Polymerisation als Katalysatorgifte wirken, sollten sie so vollständig wie möglich entfernt werden.
Demgemäß versucht man gewöhnlich die acetylenischen Verbindungen selektiv zu hydrieren und dabei den
Verlust an 1,3-Butadien zu verhindern oder so gering wie möglich zu halten.
Die Selektivitäts-Anforderungen für das Verfahren sind hoch, da alle anderen Reaktionen vermieden oder
soweit wie möglich verhindert werden sollten. Zu diesen Reaktionen gehören die Hydrierung von 1,3-Butadien
und den Butenen, aber auch die Polymerisationsreaktionen, die die Lebensdauer des Katalysators vermindern.
Zwar ist es möglich, den Katalysator zu regenerieren, aber es ist von wirtschaftlicher Wichtigkeit, wie oft dies
geschehen muß, da die Regenerierung zur Modifizierung des Katalysators und schließlich zum mechanischen
Zusammenbruch der Katalysatorpellets führt, was einen höheren Druckabfall entlang des Betts zur Folge hat.
Es ist seit langem bekannt, bei hoher Temperatur in der
Dampfphase über einem Kupfer-Nickel-Katalysator auf einem
SiO2/Al2O3-Träger selektiv zu hydrieren. Solche Verfahren
werden jedoch immer weniger angewendet, da der Katalysator
oft erneuert oder regeneriert werden muß und der Verlust
von 1,3-Butadien und die verbleibende Konzentration an
Acetylenen als zu schwerwiegend angesehen werden.
Die US-A-44 93 906 beschreibt einen Katalysator zur Ent
fernung von Acetylenen aus flüssigen Kohlenwasserstoff
strömen, wobei der Katalysator im wesentlichen besteht
aus feinverteiltem Kupfermetall, das auf einem genau de
finierten gamma-Aluminiumoxid (das bis zu 35 Gew.-% alpha-
Aluminiumoxid enthalten kann) dispergiert ist. Das ver
wendete gamma-Aluminiumoxid hat eine Oberfläche von 68-350
m2/g; 40-98% der Poren haben einen Porendurchmesser von
4-12 nm und 2-25% haben einen Porendurchmesser zwischen
100 und 1000 nm. Der Träger ist sehr rein, der Gehalt an
Silizium (als SiO2) beträgt weniger als 0,15 Gew.-% und der
von Na (als Na2O) ist kleiner als 0,15 Gew.-%. Der. Kataly
sator der US-A-4 493 906 soll 0 ppm an acetylenischen
Verbindungen zurücklassen, wenn er bei ungefähr 68°C bei
einer stündlichen flüssig-Raumgeschwindigkeit (LHSV) von
kleiner als 1 eingesetzt wird. Die entsprechende Zyklus-
Lebensdauer beträgt jedoch nur 5 1/2 Tage; nach 6 Tagen
werden ungefähr 100 ppm an Acetylenen im Ausfluß nachge
wiesen. Bei höheren Werten der LHSV wäre offensichtlich
die Zyklus-Lebensdauer noch kürzer oder aber die Entfernung
der Acetylene wäre nicht vollständig.
Ein weiterer Typ von Katalysatoren basiert auf Palladium.
Palladium ist unter den Metallen der Gruppe VIII das
aktivste und selektivste Metall für die Hydrierung von
acetylenischen Verbindungen. Es ist aber bekannt, daß man
dabei auf zwei Arten von Problemen trifft:
- - selbst bei mäßigem Umsatz der Alkine werden Verluste an 1,3-Butadien beobachtet; und
- - die Lebensdauer des Katalysators wird oft durch Verluste an Palladium verringert, wie dies in Hydrocarbon Processing, März 1985, Seite 52 klar festgestellt wird.
Im Laufe der Zeit nimmt die Härte des Dampfcrack-Verfahrens
zu und die rohen C4-Schnitte enthalten somit immer höhere
Konzentrationen an Alkinen, bis zu 1 Gew.-% oder sogar
höher. Auf der anderen Seite werden die Anforderungen hin
sichtlich der Konzentration an acetylenischen Verbindungen
im Ausfluß der selektiven Hydrierung immer strenger.
Die US-A-3 898 298 beschreibt ein Verfahren zur selektiven Hydrierung
von Vinylacetylen in mit Vinyacetylen verunreinigten Butadien-haltigen
Zusammensetzungen. Die Hydrierung erfolgt über einem
Palladiumkatalysator, wobei die Bedingungen so gewählt werden, daß die
zu behandelnden Zusammensetzungen zum Teil flüssig und zum Teil
gasförmig vorliegen. Nach diesem Verfahren wird auch nach Durchlauf von
mehreren Reaktoren lediglich eine Umwandlung von Vinylacetylen von
maximal 93% erreicht.
Die US-A-4 230 897 beschreibt ein Verfahren zur selektiven Hydrierung
von Alkinen, beispielsweise Vinylacetylen, bei dem Butadien-haltige C4-
Schnitte, die wenigstens teilweise in flüssiger Phase vorliegen, mit einem
Palladiumkatalysator in Kontakt gebracht werden. Die durchschnittliche
Teilchengröße der Palladiumkristallite des Katalysators muß wenigstens 50
Å betragen, um die Lebensdauer des Katalysators zu verlängern. Die Um
wandlung von Vinylacetylen beträgt aber auch nach diesem Verfahren
nach 50 Stunden lediglich 95%.
Die EP-A-0 087 980 beschreibt ein Verfahren zur selektiven Hydrierung
von Kohlenwasserstoffen mit zwei oder mehr Doppelbindungen, beispiels
weise konjugierten Kohlenwasserstoffen wie 1,3-Butadien, wobei das
Verfahren so geführt wird, daß Kohlenwasserstoffmischungen mit einem
hohen Anteil an 1-Buten entstehen. Der Hydrierung von konjugierten
Dienen soll erfindungsgemäß jedoch vermieden werden.
Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einem verbesserten Verfahren zur
Entfernung von Alkinen aus flüssigen Kohlenwasserstoffströmen, wobei der
Verlust an konjugierten Dienen, die darin enthalten sind, auf einem Mini
mum gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur selektiven Hydrierung, über einem
Katalysator auf Palladiumbasis, von Alkinen, die in 1,3-Butadien-reichen
C4-Schnitten vorhanden sind, umfaßt die folgenden Stufen:
- a) das Zurverfügungstellen eines 1,3-Butadien-reichen C4-Schnitts;
- b) das Leiten dieses Schnitts, in einem adiabatischen Reaktor, als Tröpfchenphase über das Katalysatorbett in Anwesenheit von Wasserstoff;
- c) das Abtrennen des restlichen Wasserstoffs vom Rückstand des Ausflusses aus Stufe (ii); und
- d) die Isolierung eines 1,3-Butadien-reichen Produkts.
Die Katalysatoren auf Palladiumbasis, die im erfindungs
gemäßen Verfahren verwendet werden können, sind auf diesem
Gebiet wohl bekannt. Ein besonders bevorzugter Katalysator
besteht aus aktivem Palladiummetall, das auf einem Aluminium
oxidträger von hoher Reinheit abgeschieden wurde.
Die Menge an Palladium im Katalysator, der einen Aluminium
oxidträger von hoher Reinheit einschließt, beträgt vorzugs
weise 0,1-0,35 Gew.-%, insbesondere ungefähr 0,2 Gew.-%.
Vorteilhafterweise ist das Aluminiumoxid von hoher Reinheit
und die Konzentration an von Palladium verschiedenen
Schwermetallen ist geringer als 0,05 Gew.-%.
Die spezifische Oberfläche des Katalysators beträgt vor
zugsweise 50-110 m2/g, insbesondere 65-95 m2/g. Das Poren
volumen beträgt vorzugsweise 0,5-0,6 ccm/g. Der Katalysator
liegt vorzugsweise in Form von Kugeln in einer Größe von
2-4 mm vor.
Es wurde bereits festgestellt, daß die Acidität des Alu
miniumoxids die unerwünschten Oligomerisationsreaktionen
beeinflußt, und daß gamma-Aluminiumoxid deshalb einem üblichen
eta-Aluminiumoxid vorgezogen werden sollte. Diese Anforderung
trifft aber auf das erfindungsgemäße Verfahren nicht zu,
da diese nur die Langzeitstabilität, nicht aber die Aktivi
tät des frischen oder regenerierten Katalysators betrifft.
Andere Aluminiumoxid-Typen können ebenfalls verwendet wer
den, z. B. Aluminiumoxid von Q-Typ, das in der JP-OS-
58017835 beschrieben worden ist.
Sogenannte stabilisierte oder aktivierte (promoted) Kata
lysatoren auf Palladiumbasis sind wohl bekannt, z. B. die
Palladium-Gold-Träger Katalysatoren, die in der EP-A-
89 252 beschrieben sind. Die Aktivität dieser Katalysatoren
ist jedoch im allgemeinen geringer als die der Katalysatoren
auf Palladiumbasis. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden
werden zu wollen, könnte dies durch eine weniger homogene
Dispergierung der Metalle auf dem Träger erklärt werden,
da es fast unmöglich ist, bei den geringen Beladungsniveaus,
die für industrielle Katalysatoren mit wertvollen Metallen
angewendet werden, einen kontrollierten bimetallischen
Trägerkatalysator zu erhalten. In der Tat muß der Träger
für die geeignete Wechselwirkung zwischen den Metallen
geeignet sein und eine gut dispergierte bimetallische
Spezies muß sowohl hergestellt als auch aufrechterhalten
werden. Die Verwendung von stabilisierten oder aktivierten Katalysatoren im erfindungsgemäßen
Verfahren ist fakultativ und hängt deshalb von den Anforderungen hinsichtlich Aktivität und Langzeitstabilität
ab.
Aktivierungs-, Start- und Regenerierungsverfahren von Katalysatoren auf Palladiumbasis sind auf dem Fach
gebiet bekannt. Die Aktivierung besteht in (i) dem Ausspülen des Sauerstoffs unter Verwendung von Stickstoff
und (ii) dem Überleiten von Wasserstoff unter atmosphärischem Druck unter stufenweisem Erhitzen auf unge
fähr 90°C und anschließendem Abkühlen. Das Start(Anlauf)-Verfahren besteht in der langsamen Zunahme des
Wasserstoffdrucks, dann der Fließgeschwindigkeit von Beschickung und Wasserstoff und schließlich der Tempe
ratur. Das Regenerierungsverfahren besteht in der Überleitung von Dampf unter atmosphärischem Druck,
während die Temperatur allmählich auf ungefähr 400°C gesteigert wird, im Fortsetzen des Überleitens von
Dampf unter atmosphärischem Druck bei einer Temperatur von ungefähr 400°C für ungefähr 2 Stunden und
schließlich der allmählichen Zugabe von bis zu einigen Mol-% Luft zu diesem Dampf. Während des Regenerie
rungsverfahrens sollte die Katalysatortemperatur ungefähr 500°C nicht überschreiten. Die Regenerierung ist
vollständig, wenn der CO2-Gehalt am Ausgang ausreichend niedrig ist.
Der Stand der Technik und die Katalysatorhersteller empfehlen die folgenden typischen Verfahrensbedingun
gen für die selektive Hydrierung von Vinyl- und Ethylacetylen in einem flüssigen 1,3-Butadien-reichen C4-Schnitt
unter Verwendung von Katalysatoren auf Palladiumbasis:
- - Temperatur: 15-20°C(Einlaß)
- - Druck: 0,5 MPa (5 bar)
- - LHSV: 30 1/1.h-1
- - Molverhältnis H2/Alkine: 2 : 1
Unter diesen Bedingungen erhaltene typische Ergebnisse sind:
- - Beschickung:
1,3-Butadien 50 Vol. %
Ethylacetylen 0,2 Vol.-%
Vinylacetylen 1,2 Vol.-%
Rest = Butene - - Gereinigter Ausfluß:
500 ppm Gesamtalkine
3% Butadien Verlust - - Zyklus-Lebensdauer:
8-10 Monate.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die be
kannten Katalysatoren auf Palladiumbasis wesentlich selek
tiver sind, wenn statt einer homogenen flüssigen Phase
eine Tröpfchenphase verwendet und in einem adiabatischen Reaktor gearbeitet wird. Der Ausdruck "erhöhte
Selektivität", wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß
bei einer vorgegebenen Beschickung und einem vorgegebenen
Hydrierungsgrad der Alkine weniger 1,3-Butadien verloren
geht. Der Ausdruck "Tröpfchenphase", wie er hier verwendet
wird, bedeutet, daß das Verfahren unter solchen Bedingungen
von Druck und Temperatur durchgeführt wird, daß die Be
schickung als gemischte Gas-Flüssigphase über den Kata
lysator geleitet wird. Da die Hydrierungsreaktion exotherm
verläuft, ist es im allgemeinen bequemer, die Beschickung
im flüssigen Zustand, unter Bedingungen, die nahe am Gas-
Flüssig-Gleichgewicht liegen, zur Verfügung zu stellen.
Der Reaktor ist ein
adiabatischer Reaktor. Hierbei wird die
Wärme, die durch die Hydrierung freigesetzt wird, durch die
Verdampfung eines Teils der flüssigen Phase verbraucht.
Es ist deshalb äußerst erwünscht,
am Einlaß genügend Beschickung in der
flüssigen Phase vorliegen zu haben, um die gesamte Wärme,
die durch die Hydrierungsreaktionen freigesetzt wird,
zu absorbieren, und weiterhin einen Teil der Beschickung
in flüssiger Form entlang der Reaktorachse einzuspritzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
eine ausreichende Menge der Beschickung, vorzugsweise bis
ungefähr 20%, in flüssiger Form an einer oder mehreren
Stellen, vorzugsweise ungefähr auf halbem Weg des Kataly
satorbetts, in den adiabatischen Reaktor eingespritzt. Ohne an
eine bestimmte Theorie gebunden werden zu wollen, wird ange
nommen, daß diese Einspritzungen möglicherweise dazu dienen,
die Tröpfchenphasen-Bedingungen im gesamten adiabatischen
Reaktor konstant zu halten.
Unter Berücksichtigung dessen, daß die gasförmige Phase teil
weise durch die Verdampfung der Beschickung hergestellt wird,
wird die Tröpfchenphasen-Arbeitsweise normalerweise im Gleich
strom durchgeführt. Obwohl es möglich ist, stromaufwärts zu
arbeiten, wurde gefunden, daß der stromabwärts-Betrieb sehr
zu bevorzugen ist.
Der Wasserstoff kann zusammen mit der Beschickung eingespritzt
werden. Es wurde jedoch ebenfalls gefunden, daß es besonders
wünschenswert ist, einen Teil des eingespritzten Wasserstoffs
entlang der Reaktorachse zu verteilen, z. B. an einer oder
mehreren Stellen ungefähr auf halbem Weg des Katalysatorbettes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
bis zu 30%, vorzugsweise bis zu ungefähr 15% des gesamten
Wasserstoffflusses an einer oder mehreren Stellen auf unge
fähr halbem Weg des Katalysatorbetts in den adiabatischen
Reaktor eingespritzt. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden
werden zu wollen, wird angenommen, daß diese Einspritzungen
möglicherweise dazu dienen, die Tröpfchenphasen-Bedingungen
im gesamten Reaktor konstant zu halten.
Bei einem 100%igen Wasserstofffluß sollte der Gesamtdruck
vorzugsweise von 0,4-0,9 MPa, insbesondere 0,6-0,8 MPa, be
tragen. Falls raffinierter Wasserstoff im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet wird, wobei der raffinierte Wasserstoff
gewöhnlich ungefähr 75% Wasserstoff und ungefähr 25% Methan
enthält, sollte deshalb der Gesamtdruck vorzugsweise etwas
höher liegen.
Die Reaktionstemperatur oder Einlaßtemperatur
wird unter Berück
sichtigung des Gesamtdrucks eingestellt, um den gewünschten
halten. Innerhalb der bevorzugten Bereiche neigt der Katalysator bei höheren Druck- und Temperaturwerten zu
einer höheren Aktivität.
Die zu verwendende LHSV kann vom Fachman leicht bestimmt werden, wenn er die Spezifikationen bezüg
lich der verbleibenden acetylenischen Verbindungen (und/oder des Verlusts von 1,3-Butadien im Falle von
1,3-Butadien-reichen C4-Schnitten) berücksichtigt. Z. B. erfordert eine nahezu vollständige Alkinhydrierung im
1%-Konzentrationsbereich in 1,3-Butadien-reichen C4-Schnitten unter Verwendung eines Katalysators auf
Palladiumbasis gewöhnlich eine LHSV, die unter 10 liegt, der entsprechende 1,3-Butadien-Verlust ist aber
ungefähr 8% oder höher; geringere 1,3-Butadien-Verluste können mit höheren LHSV erzielt werden, aber die
Hydrierung der Alkine ist dann möglicherweise nicht vollständig.
Das Molverhältnis Wasserstoff zu Alkine beträgt im allgemeinen von 2 : 1 bis 20 : 1, vorzugsweise von 4 : 1 bis
10 : 1 und insbesondere ungefähr 6 : 1.
Die C4-Beschickungen, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfassen im allge
meinen eine Mischung von normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen:
- - 1,3-Butadien:
30- 55%, typischerweise 40-50% - - 1,2-Butadien:
bis zu 2%, typischerweise ungefähr 0,2% - - Alkine (hauptsächliche Ethyl- und Vinylacetylen):
bis zu 5%, typischerweise bis zu 1,5%, - - C3-Kohlenwasserstoffe und Hochsieder:
Spuren - - Butane:
bis zu 10%, typischerweise bis zu 5% - - Butene:
Rest auf 100%
Die Beschickungen werden gewöhnlich aus der Dampf-Crack-Einheit erhalten. Es können jedoch auch andere
Beschickungen oder Beschickungen, die aus anderen Quellen stammen, in Betracht gezogen werden, wie z. B.
Propylen-reiche Beschickungen, die Methylacetylen als Verunreinigung enthalten, ohne von der erfindungsge
mäßen Lehre abzuweichen.
Im folgenden wird die Erfindung durch Beispiele erläutert, die aber die Erfindung nicht einschränken sollen.
Der ausgewählte Aluminiumoxidträger hatte die Form von Kugeln mit einem Durchmesser von 2-4 mm und
besaß eine Schüttdichte von 0,72 g/cm3.
Der Träger wurde mit einer Lösung von Palladiumacetylacetonat in Benzol in Berührung gebracht. Das
Gewichtsverhältnis Träger: Lösung betrug 10 : 16. Die Palladium-Gewichtskonzentration in der Lösung war
1350 ppmw vor dem Kontakt der Lösung mit dem Träger und 100 ppmw nach 8 Stunden Imprägnierung.
Der imprägnierte Träger wurde filtriert und bei 120°C 6 Stunden lang in einem Luftstrom getrocknet. Er
wurde dann in einem rohrförmigen Ofen bei 300°C zuerst 2 Stunden unter einem Luftstrom und dann, nach einer
Spülung mit Stickstoff, weitere 2 Stunden unter einem Wasserstoffstrom getrocknet.
Nach dem Abkühlen enthielt der Katalysator 0,2 Gew.-% Palladium.
Der Katalysator wurde 1 Stunde bei einer Raumgeschwindigkeit von 333 1/1.h mit Stickstoff gespült. Wasser
stoff unter Atmosphärendruck wurde dann mit einer Raumgeschwindigkeit von 200 1/1.h über den Katalysator
geleitet. Der Katalysator wurde daraufhin während 0,5 Stunden auf 66°C und dann während 2 Stunden auf 93°C
erhitzt und schließlich auf 20°C abgekühlt.
Der Wasserstofffluß wurde bei einer Temperatur von 26°C 35 Minuten lang auf 333 1/1.h angehoben. Der
Wasserstoffdruck wurde dann langsam von atmosphärischem Druck auf 0,61 MPa (6,2 kg/cm2) angehoben und
für 45 Minuten aufrechterhalten. Die Fließgeschwindigkeiten von Beschickung und Wasserstoff wurden dann
auf 1/4 des Nominalen angehoben, 50 Minuten lang aufrechterhalten, auf die Hälfte der nominalen Werte
gehoben, 15 Minuten lang aufrechterhalten, schließlich auf nominale Werte angehoben, während die Tempera
tur mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/h auf 57°C erhöht wurde.
Die Betriebsbedingungen waren wie folgt:
- - Einlaßtemperatur: 57,5°C
- - Druck (relativ): 0,61 MPa (6,2 kg/cm2)
- - LHSV Beschickung: 14,2 1/1.h
- - Molverhältnis Wasserstoff zu Beschickung: 1 : 20
- - adiabatischer Reaktor, flußabwärts betrieben.
Die Zusammensetzung der Beschickung und des behandelten Ausflusses nach 24 und 44 Stunden war wie
folgt:
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde kontinuierlich während 438 Stunden seit dem Anlauf betrie
ben, wobei die Beschickungen eine ähnliche Zusammensetzung, wie die von Beispiel 1 hatten und 7140 bis
7768 ppmw Vinylacetylen und 1680 bis 1882 ppmw Ethylacetylen enthielten. Die Betriebsbedingungen waren
ebenfalls ähnlich denen von Beispiel 1.
Nach 438 Stunden kontinuierlichem Betrieb wurden die folgenden Zusammensetzungen bestimmt:
Der selektive Hydrierungsversuch von Beispiel 1 wurde mit einer Beschickung wiederholt, die eine leicht
unterschiedliche Zusammensetzung aufwies. Außer wo in Tabelle 1 angegeben, waren alle Versuchsbedingun
gen identisch.
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer LHSV von 14,2 unter einem Druck von 0,61 MPa (6,2 kg/cm2) und
mit einem Molverhältnis von Wasserstoff: Beschickung von 1 : 20
Dieses Beispiel zeigt, daß die Hydrierung am selektivsten ist, wenn das erfindungsgemäße Verfahren ange
wendet wird, d. h. der Verlust an 1,3-Butadien und die Konzentration an restlichen Acetylenen bei einem
bestimmten Druck am geringsten ist, wenn die Temperatur so gewählt wird, daß die Hydrierung mit einer
Tröpfchenphase durchgeführt wird.
Der selektive Hydrierungsversuch von Beispiel 1 wurde mit derselben Beschickung wie in Beispiel 3 wieder
holt, wobei alle Bedingungen, außer wo in Tabelle 2 erwähnt, identisch waren.
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer Temperatur von 57°C bei einer LHSV von 14,2 und mit einem
Molverhältnis von Wasserstoff: Beschickung von 1 : 20
Dieses Beispiel zeigt, daß bei einer vorgegebenen Temperatur die Selektivität verbessert wird, wenn der
Druck so gewählt wird, daß die Hydrierung mit einer Tröpfchenphase durchgeführt wird.
Der Versuch von Beispiel 4 wurde bei niedriger Temperatur wiederholt. Die Versuchsdaten sind in Tabelle 3
gezeigt
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer Temperatur von 50,5°C, einer LHSV von 14,2 mit einem
Molverhältnis von Wasserstoff: Beschickung von 1 : 20
Der selektive Hydrierungsversuch von Beispiel 1 wurde wiederholt (unter identischen Bedingungen außer wo
in Tabelle 4 angegeben) mit zwei leicht unterschiedlichen Beschickungen bei unterschiedlichen LHSV-Werten,
wie in Tabelle 4 gezeigt.
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer Temperatur von 57,8°C unter einem Druck von 0,61 MPa und mit
einem Molverhältnis von Wasserstoff: Beschickung von 1 : 20
Diese Beispiel zeigt, daß unter ansonsten ähnlichen Bedingungen eine niedrigere LHSV zu einer geringeren
Restkonzentration von Vinyl- und Ethylacetylen auf Kosten eines größeren Verlustes an 1,3-Butadien führt.
Zwei selektive Hydrierungen wurden in demselben Reaktor mit derselben Beschickung durchgeführt, wobei
der Reaktor betrieben wurde (i) stromaufwärts und (ii) stromabwärts (Werte aus Tabelle 4). Alle anderen
Bedingungen waren identisch mit denen von Beispiel 1, außer wo in Tabelle 5 angegeben.
Selektive Hydrierung von Alkinen unter einem Druck von 0,61 MPa (6,2 kg/cm2) und mit einem Molverhältnis
von Wasserstoff: Beschickung von 1 : 20
Der selektive Hydrierungsversuch von Beispiel 1 wurde wiederholt (unter identischen Bedingungen, außer wo
in Tabelle 6 angegeben) mit einer C4-Beschickung, die nicht zu vernachlässigende Mengen an Methylacetylen
(MAC) enthielt.
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer Temperatur von 57,5°C unter einem Druck von 0,625 MPa, mit einer
LHSV von 14,2 und mit einem Molverhältnis von Wasserstoff: Beschickung von 0,059
Dieses Beispiel zeigt, daß die Hydrierung bezüglich aller Acetylene selektiv ist.
Der selektive Hydrierungsversuch von Beispiel 1 wurde wiederholt (unter identischen Bedingungen, außer wo
in Tabelle 7 angegeben) mit einer Beschickung von ähnlicher Zusammensetzung.
Selektive Hydrierung von Alkinen bei einer Temperatur von 66°C, und unter einem Druck von 0,8 MPa unter
Verwendung von raffiniertem Wasserstoff mit einem H2-Gehalt von 74%
Dieses Beispiel zeigt, daß die Einspritzung von kleinen Mengen der Beschickung und des Wasserstoffs
ungefähr auf halber Strecke des Katalysatorbettes günstig für das erfindungsgemäße Verfahren ist.
Es wurde ein Palladium-Katalysator wie in Beispiel 1a beschrieben, hergestellt. Dieser wurde daraufhin mit
einer wäßrigen Lösung von HAuCl4 in Berührung gebracht. Das Gewichtsverhältnis Träger: Lösung betrug
10 : 18. Die Au Konzentration in der Lösung war vor dem Inkontaktbringen der Lösung mit dem Träger
120 ppmw und unter 10 ppmw nach 3 Stunden Imprägnierung.
Der imprägnierte Katalysator wurde filtriert, getrocknet, kalziniert und reduziert wie in Beispiel 1a für den
Palladium-Katalysator beschrieben. Nach dem Abkühlen wurde der Katalysator mit einer wäßrigen normalen
NH4OH Lösung gewaschen, bis keine Chloridionen mehr in der Lösung nachgewiesen werden konnten. Darauf
hin wurde er mit Wasser gespült und bei 120°C eine Stunde getrocknet. Der resultierende Katalysator enthielt
0,2 Gew.-% Palladium und 0,02 Gew.-% Gold.
Für die Aktivierung und das Anlaufen des Pd-Au-Katalysators wurde das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren
verwendet.
Die Betriebsbedingungen und die Ergebnisse waren wie in Tabelle 8 wiedergegeben.
Dieses Beispiel zeigt, daß die PD-Au-Katalysatoren, obwohl sie Acetylene bis zu weniger als 30 ppmw
entfernen können, eine geringere Selektivität als Pd-Katalysatoren aufweisen, wie sich dies aus den größeren
Verlusten an 1,3-Butadien, die mit Pd-Au-Katalysatoren beobachtet werden, ergibt.
Ein im Handel erhältlicher Katalysator auf Palladiumbasis, verkauft als Katalysator Typ GIRDLER G-68-G
(United Catalysts, Louisville, Kentucky; Süd-Chemie, München) wurde verwendet. Es hat die folgenden vom
Hersteller angegebenen Eigenschaften, die im Bereich der vorliegenden Erfindung liegen:
- - Palladium: 0,2 ± 0,02 Gew.-% auf Aluminiumoxid
- - Teilchen: Kügelchen mit 2-4 mm Durchmesser
- - Schüttdichte: 0,7 kg/l
- - Spezifische Oberfläche: 65-95 m2/g
- - Porenvolumen: 0,5-0,6 ml/g
Aktivierung und Start wurden wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt.
Die Betriebsbedingungen für die selektive Hydrierung waren wie folgt:
- - Adiabatischer Reaktor, flußabwärts betrieben
- - Einlaßtemperatur: 57,7°C
- - Druck: 0,61 MPa (6,24 kg/cm2)
- - LHSV-Beschickung: 14,3 1/1.h
- - Molverhältnis Wasserstoff: Beschickung: 0,050
Die Beschickung und der behandelte Ausfluß hatten die folgende Zusammensetzung:
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Alkinen aus Kohlenwasser
stoffströmen, insbesondere ein Verfahren zur Entfernung von Alkinen aus Kohlenwasserstoffströmen bis hinab
zu weniger als 30 ppm.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Entfernung von Alkinen aus Kohlenwasserstoffströ
men, bei dem die Lebensdauer des Katalysators stark verlängert wird.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Alkinen aus
Kohlenwasserstoffströmen mit einem minimalen Verlust an anderen Bestandteilen derselben.
Die vorliegende Erfindung schafft schließlich auch ein Verfahren zur selektiven Hydrierung von Alkinen, die
in 1,3-Butadien-reichen C4-Schnitten aus Dampf-Crack-Einheiten, die hauptsächlich für die Herstellung von
synthetischem Kautschuk verwendet werden, vorhanden sind.
Claims (15)
1. Verfahren zur selektiven Hydrierung, über einem
Katalysator auf Palladiumbasis, von Alkinen, die in
1,3-Butadien-reichen C4-Schnitten vorhanden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende
Schritte umfaßt:
- a) das Zurverfügungstellen eines 1,3-Butadien reichen C4-Schnitts;
- b) das Leiten dieses Schnitts, in einem adiaba tischen Reaktor, als Tröpfchenphase über das Katalysatorbett in Anwesenheit von Wasserstoff;
- c) das Abtrennen des restlichen Wasserstoffs vom Rückstand des Ausflusses aus Stufe (ii); und
- d) die Isolierung eines 1,3-Butadien-reichen Produkts.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein ausreichender Teil der Beschickung in flüssiger
Form an einer oder mehreren Stellen entlang des
Katalysatorbetts eingespritzt wird.
3. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bis zu ungefähr 20% der
Beschickung in flüssiger Form an einer oder mehreren
Stellen ungefähr auf halber Strecke des Katalysator
betts eingespritzt werden.
4. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von
Wasserstoff zu Alkinen von 2 : 1 bis 20 : 1 beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Molverhältnis von Wasserstoff zu Alkinen von 4 : 1
bis 10 : 1 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Molverhältnis von Wasserstoff zu Alkinen ungefähr
6 : 1 ist.
7. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in Stufe (ii) bei
Verwendung eines 100%igen Wasserstoffflusses 0,4 bis
0,9 MPa beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck in Stufe (ii) 0,6 MPa bis 0,8 MPa beträgt.
9. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 30% des gesamten
Wasserstoffflusses an einer oder mehreren Stellen
entlang des Katalysatorbetts eingespritzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
bis zu ungefähr 15% des gesamten Wasserstoffflusses an
einer oder mehreren Stellen entlang des Katalysator
betts eingespritzt werden.
11. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (ii) flußabwärts
betrieben wird.
12. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator 0,1 bis
0,35 Gew.-% aktives Palladiummetall, das auf Aluminium
oxid von hoher Reinheit abgeschieden wurde, enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator ungefähr 0,2 Gew.-% aktives Palladium
metall enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator durch Verwendung
eines bimetallischen Katalysators stabilisiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator aus Palladium-Gold-Legierung, die auf
Aluminiumoxid von hoher Reinheit abgeschieden wurde,
hergestellt wird.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |