DE3789668T2 - Process for reducing methane production and increasing the yield of liquid products in Fischer-Tropsch reactions. - Google Patents
Process for reducing methane production and increasing the yield of liquid products in Fischer-Tropsch reactions.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Methanausbeute und zur Erhöhung der Flüssigausbeuten in Fischer-Tropsch-Reaktionen US-A-4 547 525 offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Methanproduktion in Fischer-Tropsch-Verfahren, in denen Kohlenwasserstoffe aus Einsatzmaterialien synthetisiert werden, die Mischungen aus CO und H&sub2; umfassen, indem mindestens ein Olefin zu dem Einsatzmaterial gegeben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Olefin oder die Olefine ein oder mehrere C&sub2;- bis C&sub1;&sub0;-α-Olefine mit einem Molverhältnis von Olefin zu CO von etwa 1 : 10 bis 3 : 4, und der Katalysator umfaßt mindestens ein Gruppe VIII Metall, das auf einen anorganischen feuerfesten Oxidträger aufgebracht ist.The present invention relates to a process for reducing methane yield and increasing liquid yields in Fischer-Tropsch reactions US-A-4 547 525 discloses a process for reducing methane production in Fischer-Tropsch processes in which hydrocarbons are synthesized from feedstocks comprising mixtures of CO and H2 by adding at least one olefin to the feedstock. According to a preferred embodiment, the olefin or olefins comprise one or more C2 to C10 alpha-olefins having a molar ratio of olefin to CO of about 1:10 to 3:4 and the catalyst comprises at least one Group VIII metal supported on an inorganic refractory oxide support.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Verringerung der Methanbildung und zur Erhöhung der Ausbeuten an C&sub5;&sbplus;- Flüssigkeiten in einem Fischer-Tropsch-Verfahren zum Synthetisieren von Kohlenwasserstoffen aus CO und H&sub2;, bei dem einem katalysatorhaltigen Reaktorbett mindestens ein Olefin zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasmischung, die CO und H&sub2; enthält, an dem Eintrittsende des Reaktorbettes eingebracht wird und das Olefin getrennt davon direkt in das Bett an einer Stelle eingebracht wird, die mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Eintrittsende des Bettes und mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Austrittsende des Bettes entfernt ist.The present invention provides a method for reducing methane formation and increasing C5+ liquid yields in a Fischer-Tropsch process for synthesizing hydrocarbons from CO and H2, in which at least one olefin is added to a catalyst-containing reactor bed, characterized in that a gas mixture containing CO and H2 is introduced at the inlet end of the reactor bed and the olefin is separately introduced directly into the bed at a location more than 10% of the length of the bed from the inlet end of the bed and more than 10% of the length of the bed from the outlet end of the bed.
Die Menge des dem Reaktorbett zugesetzten Olefins kann auf einem Molverhältnis von Olefin zu CO im Bereich von 1 : 100 bis 5 : 1 (z. B. im Bereich von 1 : 20 bis 5 : 1) basieren.The amount of olefin added to the reactor bed may be based on a molar ratio of olefin to CO in the range of 1:100 to 5:1 (e.g. in the range of 1:20 to 5:1).
Das Olefin kann bzw. die Olefine können α-Olefin des Typs R-CH=CH&sub2; sein, wobei R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 Kohlenstoffatomen ist. Das Olefin kann ein C&sub2;- bis C&sub1;&sub0;-α- Olefin umfassen.The olefin(s) may be an alpha-olefin of the type R-CH=CH₂, where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms. The olefin may comprise a C₂ to C₁₀ alpha-olefin.
Der Katalysator kann ein oder mehrere katalytische Gruppe- VIII-Metalle umfassen. Das katalytische Metall kann ausgewählt sein aus Eisen, Kobalt und Ruthenium.The catalyst may comprise one or more Group VIII catalytic metals. The catalytic metal may be selected from iron, cobalt and ruthenium.
Das Verfahren kann bei einer Temperatur von mindestens 100ºC durchgeführt werden, vorzugsweise im Bereich von 100ºC bis 500ºC.The process can be carried out at a temperature of at least 100ºC, preferably in the range of 100ºC to 500ºC.
Dem Reaktorbett kann an einer Stelle, die mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Eintrittsende des Bettes und mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Austrittsende des Bettes entfernt ist, Wasser zugesetzt werden.Water may be added to the reactor bed at a location more than 10% of the bed length from the inlet end of the bed and more than 10% of the bed length from the outlet end of the bed.
Das Molverhältnis von Wasser zu CO kann im Bereich von 0,1 : 1 bis 5,0 : 1 liegen. Das Molverhältnis von Wasser zu Olefin kann im Bereich von 0,1 : 1 bis 50 : 1 (z. B. im Bereich von 0,2 : 1 bis 10 : 1) liegen.The molar ratio of water to CO can be in the range of 0.1:1 to 5.0:1. The molar ratio of water to olefin can be in the range of 0.1:1 to 50:1 (e.g. in the range of 0.2:1 to 10:1).
Die vorliegende Erfindung basiert auf die Entdeckung, daß Flüssigkeitsausbeuten (C&sub5;&sbplus;) und Methanproduktion in Fischer- Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktionen entsprechend erhöht und verringert werden, indem ein oder mehrere Olefine direkt zu dem Reaktorbett gegeben werden oder indem Wasser und ein oder mehrere Olefine direkt in das Reaktorbett in einem Bereich von Positionen in dem Bett erfindungsgemäß wie hier beschrieben gegeben werden. So betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verringerung der Methanproduktion in Fischer-Tropsch- Verfahren, in denen Kohlenwasserstoffe aus Einsatzmaterialien synthetisiert werden, die Mischungen aus CO und H&sub2; umfassen, und indem mindestens ein Olefin oder Wasser und ein oder mehrere Olefine zu dem Reaktorbett gegeben werden, wobei das Olefin durch Abtrennung aus dem Produktstrom erhalten werden kann und in das Reaktorbett zurückgeführt werden kann, oder aus einer unabhängigen Quelle erhalten werden kann, wie durch Verarbeitung des paraffinischen Produkts der Fischer-Tropsch-Reaktion durch einen Dehydrierungsreaktor, um die Paraffine in Olefine umzuwandeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Olefin oder die Olefine ein oder mehrere C&sub2;- bis C&sub2;&sub0;-α-Olefine, wobei das Molverhältnis von Olefin zu CO in dem Reaktor 1/20 bis 5/1, insbesondere 1/10 bis 2/1 und noch mehr bevorzugt etwa 1/5 bis 1/1 beträgt. Das Molverhältnis von Wasser zu Olefin kann 0,1 bis 50, insbesondere 0,2 bis 10 und am meisten bevorzugt 0,5 bis 10 betragen. Das Katalysator umfaßt mindestens ein Gruppe VIII Metall, das auf einen anorganischen feuerfesten Oxidträger aufgebracht ist. Alternativ kann ein Kobalt- oder Eisenkatalysator verwendet werden.The present invention is based on the discovery that liquid yields (C5+ ) and methane production in Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis reactions are respectively increased and decreased by adding one or more olefins directly to the reactor bed or by adding water and one or more olefins directly to the reactor bed at a range of positions in the bed in accordance with the invention as described herein. Thus, the present invention relates to a method for reducing methane production in Fischer-Tropsch processes in which hydrocarbons are synthesized from feedstocks comprising mixtures of CO and H2 and by adding at least one olefin or water and one or more olefins to the reactor bed, wherein the olefin may be obtained by separation from the product stream and recycled to the reactor bed, or may be obtained from an independent source such as by processing the paraffinic product of the Fischer-Tropsch reaction through a dehydrogenation reactor to convert the paraffins to olefins. According to a preferred embodiment, the olefin or olefins comprise one or more C₂ to C₂₀ α-olefins, wherein the molar ratio of olefin to CO in the reactor is from 1/20 to 5/1, especially 1/10 to 2/1 and even more preferably about 1/5 to 1/1. The molar ratio of water to olefin may be from 0.1 to 50, especially 0.2 to 10 and most preferably 0.5 to 10. The catalyst comprises at least one Group VIII metal, which is supported on an inorganic refractory oxide support. Alternatively, a cobalt or iron catalyst can be used.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Katalysator Ruthenium, aufgebracht auf Titandioxid.According to a particularly preferred embodiment, the catalyst comprises ruthenium supported on titanium dioxide.
Es ist gefunden worden, daß die Methanproduktion in Fischer- Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktionen durch Zugabe von einem oder mehreren Olefinen direkt in das Reaktorbett oder durch Zugabe von Wasser und einem oder mehreren Olefinen an einer Position oder an Positionen, die mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Eintrittsende des Bettes und mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Austrittsende des Bettes entfernt ist bzw. sind, direkt in das Reaktorbett verringert wird. So betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verringerung der Methanproduktion in Fischer-Tropsch-Verfahren, bei denen Kohlenwasserstoffe aus Einsatzmaterialien synthetisiert werden, die Mischungen aus CO und H&sub2; umfassen, bei dem mindestens ein Olefin und/oder Wasser und ein oder mehrere Olefine zu dem Reaktorbett gegeben werden, wobei das Olefin durch Abtrennung aus dem Produktstrom erhalten werden kann und in das Reaktorbett zurückgeführt werden kann, oder aus einer unabhängigen Quelle erhalten werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Olefin oder die Olefine ein oder mehrere C&sub2;- bis C&sub2;&sub0;α-Olefine, wobei das Molverhältnis von Olefin zu CO in dem Reaktor 1/20 bis 5/1, insbesondere 1/10 bis 2/1 und am meisten bevorzugt 1/5 bis 1/1 beträgt. Das Molverhältnis von Wasser zu Olefin ist 0,1 bis 50, insbesondere 0,2 bis 10 und am meisten bevorzugt 0,5 bis 10. Das Katalysator umfaßt mindestens ein Gruppe VIII Metall, aufgebracht auf einen anorganischen feuerfesten Oxidträger. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Katalysator Ruthenium, aufgebracht auf Titandioxid. Zusätzlich kann einfach Kobalt- oder Eisenkatalysator verwendet werden.It has been found that methane production in Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis reactions is reduced by adding one or more olefins directly to the reactor bed or by adding water and one or more olefins directly to the reactor bed at a position or positions more than 10% of the length of the bed from the inlet end of the bed and more than 10% of the length of the bed from the outlet end of the bed. Thus, the present invention relates to a process for reducing methane production in Fischer-Tropsch processes in which hydrocarbons are synthesized from feedstocks comprising mixtures of CO and H₂. wherein at least one olefin and/or water and one or more olefins are added to the reactor bed, wherein the olefin may be obtained by separation from the product stream and recycled to the reactor bed, or may be obtained from an independent source. According to a preferred embodiment, the olefin or olefins comprise one or more C2 to C20 alpha olefins, wherein the molar ratio of olefin to CO in the reactor is 1/20 to 5/1, particularly 1/10 to 2/1, and most preferably 1/5 to 1/1. The molar ratio of water to olefin is 0.1 to 50, particularly 0.2 to 10, and most preferably 0.5 to 10. The catalyst comprises at least one Group VIII metal supported on an inorganic refractory oxide support. According to a particularly preferred embodiment, the catalyst comprises ruthenium supported on titanium dioxide. In addition, cobalt or iron catalyst can simply be used.
Bevorzugte in dem erfindungsgemäßen Verfahren brauchbare Olefine schließen α-Olefine des Typs R-CH=CH&sub2; ein, in denen R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 Kohlenstoffatomen aufweist, insbesondere hat die Alkylgruppe 1 bis 11 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt hat die Alkylgruppe 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Besonders bevorzugt sind C&sub2;- bis C&sub1;&sub0;-α-Olefine. Die Menge an α-Olefin, die zu dem Reaktorbett zurückgeführt wird, ist ausreichend, um ein Molverhältnis von Olefin zu CO von 1/100 bis 5/1, insbesondere 1/20 bis 5/1 und am meisten bevorzugt 1/10 bis 2/1 aufrechtzuerhalten. Es können auch innenständige Olefine, bei denen sich die Ungesättigtheit in einiger Entfernung von dem endständigen Kohlenstoffatom befindet, vorteilhaft zu dem CO/H&sub2;-Einsatzmaterial gegeben werden.Preferred olefins useful in the process of the invention include alpha-olefins of the type R-CH=CH2 in which R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms, more preferably the alkyl group has 1 to 11 carbon atoms and most preferably the alkyl group has 1 to 8 carbon atoms. Particularly preferred are C2 to C10 alpha-olefins. The amount of alpha-olefin recycled to the reactor bed is sufficient to maintain a molar ratio of olefin to CO of 1/100 to 5/1, more preferably 1/20 to 5/1 and most preferably 1/10 to 2/1. Internal olefins, where the unsaturation is located some distance from the terminal carbon atom, can also be advantageously added to the CO/H2 feedstock.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines geeigneten Fischer-Tropsch-Katalysators durchgeführt werden kann, wird es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der ein oder mehrere Gruppe VIII Metalle, aufgetragen auf einem anorganischen feuerfesten Oxidträger, vorzugsweise Ruthenium oder Kobalt, aufgebracht auf einen solchen Träger, umfaßt. So schließen geeignete Träger Oxide von Titan (z. B. Titandioxid), Niob (z. B. Nioboxid), Vanadium, Tantal, Silicium (z. B. Siliciumdioxid) Aluminium (z. B. Aluminiumoxid) Mangan und Mischungen hiervon ein. Vorzugsweise ist der Katalysatorträger ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titandioxid, Zirkoniumtitanat, Mischungen aus Titandioxid und Aluminiumoxid, Mischungen aus Titandioxid und Siliciumdioxid, Erdalkalititanaten, Alkalititanaten, Seltenerdtitanaten und Mischungen aus jedem der vorher genannten mit Trägern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vanadiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Mischungen davon. So wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung das Verfahren in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der Ruthenium, aufgetragen auf einen Titandioxidträger, umfaßt. Alternativ kann der Katalysator Kobalt oder Eisen, aufgetragen auf eines der zuvor genannten anorganischen feuerfesten Oxide, umfassen.Although the process of the invention can be carried out in the presence of a suitable Fischer-Tropsch catalyst, in a preferred embodiment it is carried out in the presence of a catalyst comprising one or more Group VIII metals supported on an inorganic refractory oxide support, preferably ruthenium or cobalt supported on such a support. Thus, suitable supports include oxides of titanium (e.g., titania), niobium (e.g., niobium oxide), vanadium, tantalum, silicon (e.g., silica), aluminum (e.g., alumina), manganese, and mixtures thereof. Preferably, the catalyst support is selected from the group consisting of titania, zirconium titanate, mixtures of titania and alumina, mixtures of titania and silica, alkaline earth titanates, alkali titanates, rare earth titanates, and mixtures of any of the foregoing with supports selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, alumina, silica, and mixtures thereof. Thus, according to a particularly preferred embodiment of this invention, the process is carried out in the presence of a catalyst comprising ruthenium supported on a titania support. Alternatively, the catalyst may comprise cobalt or iron supported on any of the foregoing inorganic refractory oxides.
Im allgemeinen beträgt die Menge an vorhandenem katalytischen Metall Kobalt 1 bis 50 Gew.% der gesamten Katalysatorzusammensetzung, vorzugsweise 10,0 bis 25 Gew.%.Generally, the amount of catalytic metal cobalt present is 1 to 50 wt.% of the total catalyst composition, preferably 10.0 to 25 wt.%.
Eisenkatalysatoren, die 10 bis 60 Gew.% Eisen, insbesondere 20 bis 60 Gew.% Eisen und am meisten bevorzugt 30 bis 50 Gew.% Eisen enthalten, sind nicht mit einem Träger, aber mit einem Promoter aus feuerfestem Metalloxid (SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, etc.), Alkalimetall (K, Na, Rb), und Gruppe Ib-Metall (Cu, Ag) versehen. Diese Katalysatoren werden üblicherweise calciniert, aber üblicherweise nicht reduziert, statt dessen werden sie direkt in dem CO/H&sub2;- Einsatzmaterial auf Reaktionstemperatur gebracht.Iron catalysts containing 10 to 60 wt.% iron, especially 20 to 60 wt.% iron, and most preferably 30 to 50 wt.% iron are not supported but are promoted by refractory metal oxide (SiO2, Al2O3, etc.), alkali metal (K, Na, Rb), and Group Ib metal (Cu, Ag). These catalysts are usually calcined but usually not reduced, instead they are heated to reaction temperature directly in the CO/H2 feed.
Im allgemeinen beträgt die Menge an vorhandenem katalytischen Metall Ruthenium 0,01 bis 50 Gew.% der gesamten Katalysatorzusammensetzung, insbesondere 0,1 bis 5,0 Gew.% und am meisten bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.%.Generally, the amount of ruthenium catalytic metal present is from 0.01 to 50 weight percent of the total catalyst composition, more preferably from 0.1 to 5.0 weight percent, and most preferably from about 0.5 to about 5 weight percent.
Im allgemeinen liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur in dem Fischer-Tropsch-Reaktor üblicherweise im Bereich von 100 bis 500ºC, insbesondere 150 bis 300ºC und am meisten bevorzugt etwa 200ºC bis 270ºC bei einem Druck von 100 bis 10 000 kPa, insbesondere 300 bis 5000 kPa und am meisten bevorzugt 500 bis 3000 kPa. Der Volumendurchsatz (V&sub1;) des Einsatzmaterialgases (H&sub2; + CO) liegt im Bereich von 10 bis 10 000 Standard-cm³/h/(cm³ Katalysator), insbesondere 100 bis 4000 und am meisten bevorzugt 200 bis 2000. Der Volumendurchsatz (V&sub2;) des α- Olefins liegt im Bereich von 0,1 bis etwa 20 000 Standardcm³/h/(cm³ Katalysator), insbesondere 3 bis 4000 und am meisten bevorzugt 10 bis 1000. So beträgt das Volumenverhältnis von V&sub1;/V&sub2; 0,005 bis 10 000, insbesondere 0,02 bis 1 000 und am meisten bevorzugt 0,5 bis 200. Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in dem Einsatzmaterialgas, H&sub2;/CO, liegt im Bereich von 0,5 bis 10 und vorzugsweise 1 bis 3.In general, in the process of the invention the temperature in the Fischer-Tropsch reactor is usually in the range of 100 to 500°C, in particular 150 to 300°C and most preferably about 200°C to 270°C at a pressure of 100 to 10,000 kPa, in particular 300 to 5,000 kPa and most preferably 500 to 3,000 kPa. The volume flow rate (V₁) of the feed gas (H₂ + CO) is in the range of 10 to 10,000 standard cm³/h/(cm³ catalyst), in particular 100 to 4,000 and most preferably 200 to 2,000. The volume flow rate (V₂) of the α-olefin is in the range of 0.1 to about 20,000 standard cm³/h/(cm³ catalyst), in particular 3 to 4,000 and most preferably 10 to 1,000. Thus, the volume ratio of V₁/V₂ is 0.005 to 10,000, more preferably 0.02 to 1,000, and most preferably 0.5 to 200. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the feed gas, H₂/CO, is in the range of 0.5 to 10, and preferably 1 to 3.
Wenn das α-Olefin ohne Wasserzusatz verwendet wird, wird das α-Olefin durch eine Einlaßöffnung in der Seitenwand oder der Mitte des Reaktors injiziert, wobei die Öffnung unter einem Punkt, der mehr als 10% der Länge des Bettes von dem oberen Teil des Reaktorbettes bis zum Boden des Reaktorbettes entfernt ist, und über einem Punkt, der mehr als 10% der Länge des Bettes von dem Boden des Reaktorbettes bis zum oberen Teil des Reaktorbettes entfernt ist, angeordnet ist.When the α-olefin is used without water addition, the α-olefin is injected through an inlet port in the side wall or the center of the reactor, the port being located below a point more than 10% of the length of the bed from the top of the reactor bed to the bottom of the reactor bed. and is located above a point more than 10% of the length of the bed from the bottom of the reactor bed to the top of the reactor bed.
Wasser kann in den oberen Teil des Reaktors durch Einlaßöffnungen in der Seitenwand des Reaktors oder durch Einlaßöffnungen, die irgendwo in dem Reaktor unter einem Punkt, der mehr als 10% der Entfernung vom oberen Teil des Reaktorbettes bis zum Boden des Reaktorbettes beträgt, und über einem Punkt angeordnet ist, der mehr als 10% der Entfernung vom Boden des Reaktorbettes bis zum oberen Teil des Reaktorbettes beträgt, injiziert werden. Die Öffnungen für das Wasser und die Öffnungen für das α-Olefin können an verschiedenen Punkten in dem Reaktor angeordnet sein.Water can be injected into the top of the reactor through inlet ports in the side wall of the reactor or through inlet ports located anywhere in the reactor below a point that is more than 10% of the distance from the top of the reactor bed to the bottom of the reactor bed and above a point that is more than 10% of the distance from the bottom of the reactor bed to the top of the reactor bed. The ports for the water and the ports for the α-olefin can be located at different points in the reactor.
Das Reaktorbett kann ein einziges Reaktorbett mit einem Katalysatorsystem oder zwei Katalysatorbetten mit unterschiedlichen Fischer-Tropsch-Synthesekatalysatoren umfassen, die durch eine inerte, zwischen den Stufen liegende Vorabscheidezone getrennt sind. Das Wasser und/oder α-Olefin kann auch durch eine Einlaßöffnung injiziert werden, die an der zwischen den Stufen liegenden Vorabscheidezone angeordnet ist. Alternativ kann das Reaktorbett mehrere Rohrreaktoren umfassen, die als in Reihe kommunizierende Röhren miteinander verbunden sind, wobei das α- Olefin erfindungsgemäß entweder in dem ersten Rohrreaktor oder nach dem ersten Rohrreaktor mit oder ohne zwischen den Stufen liegende Vorabscheidezone in das Reaktorbett injiziert wird.The reactor bed may comprise a single reactor bed with a catalyst system or two catalyst beds with different Fischer-Tropsch synthesis catalysts separated by an inert pre-separation zone located between the stages. The water and/or α-olefin may also be injected through an inlet opening arranged at the pre-separation zone located between the stages. Alternatively, the reactor bed may comprise several tubular reactors connected to one another as serially communicating tubes, the α-olefin being injected into the reactor bed according to the invention either in the first tubular reactor or after the first tubular reactor with or without a pre-separation zone located between the stages.
Die Erfindung wird leichter verständlich in Bezug auf die folgenden Beispiele.The invention will be more easily understood with reference to the following examples.
Eine Menge zwischen etwa 5 und 40 g des Katalysators wurde in einen Reaktor aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,78 cm gegeben, wobei ein Thermofühler in dem Katalysatorbett angeordnet war, um die Temperatur zu messen. Der Reaktor wurde mit He mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 cm³/Min gespült und dann (mit Helium) auf 30 atm unter Druck gesetzt, um die Integrität der Anlage sicherzustellen. Das He in dem Reaktor wurde dann zurück auf 1 atm gebracht und bei Raumtemperatur durch H&sub2; mit einer Volumengeschwindigkeit zwischen 200 und 600 V/V/h ersetzt. Die Temperatur wurde in ungefähr 2 bis 3 Stunden auf eine am Ende vorhandene Reduktionstemperatur zwischen 400ºC und 500ºC gebracht und über Nacht auf dieser Temperatur gehalten.An amount of between about 5 and 40 g of the catalyst was placed in a stainless steel reactor with an inner diameter of 0.78 cm, with a thermocouple placed in the catalyst bed to measure the temperature. The reactor was purged with He at a flow rate of 500 cm3/min and then pressurized (with helium) to 30 atm to ensure the integrity of the plant. The He in the reactor was then brought back to 1 atm and replaced with H2 at room temperature at a volume rate of between 200 and 600 V/V/h. The temperature was brought to a final reduction temperature of between 400ºC and 500ºC in approximately 2 to 3 hours and maintained at this temperature overnight.
Nach der Reduktion wurde jeder Katalysator auf eine von beiden Arten, von denen gefunden wurde, daß sie im wesentlichen gleichwertig sind, in Betrieb genommen. Bei einem Verfahren wurde der reduzierte Katalysator 15 bis 50 Stunden bei 1 atm 2H&sub2;/CO bei 200ºC behandelt (die Volumengeschwindigkeit des verwendeten H&sub2;/CO wurde von 200 bis 1000 cm³ H&sub2; + CO/h (cm³ Katalysator) variiert). Die Bedingungen in dem Reaktor wurden dann auf die gewünschte Temperatur, den gewünschten Druck und die gewünschte Volumengeschwindigkeit eingestellt. Bei dem anderen Verfahren wurde die atmosphärische Behandlung in H&sub2;/CO nicht vorgenommen und die Katalysatoren wurde mit dem gewünschten Versuchsdruck in H&sub2;/CO in Betrieb genommen, aber mit einer am Anfang niedrigeren Temperatur von 150 bis 170ºC, die dann langsam (in 1 bis 5 Stunden) auf die gewünschte Versuchstemperatur erhöht wurde.After reduction, each catalyst was put into operation in one of two ways, which were found to be essentially equivalent. In one method, the reduced catalyst was treated at 1 atm 2H2/CO at 200°C for 15 to 50 hours (the volume rate of H2/CO used was varied from 200 to 1000 cm3 H2 + CO/h (cm3 catalyst)). The conditions in the reactor were then adjusted to the desired temperature, pressure and volume rate. In the other process, the atmospheric treatment in H₂/CO was not carried out and the catalysts were started up at the desired test pressure in H₂/CO, but at an initially lower temperature of 150 to 170ºC, which was then slowly increased (in 1 to 5 hours) to the desired test temperature.
In allen der Beispiele wurde die Bestimmung der Fischer- Tropsch-Syntheseaktivität zu den verschiedenen Produkten durch Verwendung eines on-line-Gaschromatographen gemessen, wobei ein isothermer Festbettraktor aus rostfreiem Stahl (Innendurchmesser 0,78 cm) verwendet wurde, der mit etwa 5 bis 40 g Katalysator beschickt war. Ein Thermofühler wurde in das Katalysatorbett getan, um die Reaktionstemperatur zu messen.In all of the examples, the determination of Fischer-Tropsch synthesis activity to the various products was measured by using an on-line gas chromatograph using a stainless steel isothermal fixed bed tractor (0.78 cm inner diameter) loaded with about 5 to 40 g of catalyst. A thermocouple was placed in the catalyst bed to measure the reaction temperature.
Titandioxidträger wurden durch Pressen von Degussa P-25 Pulver (20 bis 70% Rutil) zu Oblaten (Wafern) unter Verwendung einer hydraulischen Presse mit einem Druck von etwa 20 000 lb/inch² hergestellt. Die Wafer wurden dann in einem Mörser zu einem groben Pulver gebrochen und gesiebt, um die 80 bis 140 mesh (US-Standard) Fraktion für alle mit einem TiO&sub2;-Träger versehenen Katalysatoren zu erhalten. Die so gebildeten Titandioxidträgerproben wurden in strömender Luft (etwa 1 Liter pro Minute) über Nacht bei einer Temperatur von 550ºC bis 600ºC calciniert. Die calcinierten Proben wurden dann in Wasserstoff, das mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter pro Minute strömte, durch Erhitzen von Raumtemperatur auf 450ºC für 4 Stunden reduziert, danach wurde die Probe in strömendem H&sub2; abgekühlt, mit Helium gespült und entnommen. Diese reduzierten Proben besaßen die charakteristische blau-graue Farbe von oberflächenreduziertem TiO&sub2;.Titanium dioxide supports were prepared by pressing Degussa P-25 powder (20 to 70% rutile) into wafers using a hydraulic press at a pressure of about 20,000 lb/in2. The wafers were then crushed in a mortar to a coarse powder and sieved to obtain the 80 to 140 mesh (US standard) fraction for all TiO2 supported catalysts. The titanium dioxide support samples thus formed were calcined in flowing air (about 1 liter per minute) overnight at a temperature of 550°C to 600°C. The calcined samples were then reduced in hydrogen flowing at a rate of 1 liter per minute by heating from room temperature to 450ºC for 4 hours, after which the sample was cooled in flowing H₂, purged with helium and removed. These reduced samples had the characteristic blue-gray color of surface-reduced TiO₂.
Katalysatoren wurden hergestellt, indem das Trägermaterial mit einer Rutheniumnitrat/Aceton-Mischung imprägniert wurde. Das Nitrat wurde von Engelhardt als 10 Gew.% Rutheniummetall in Salpetersäure erhalten.Catalysts were prepared by impregnating the support material with a ruthenium nitrate/acetone mixture. The nitrate was obtained from Engelhardt as 10 wt% ruthenium metal in nitric acid.
Das mit Nitrat imprägnierte TiO&sub2; wurde in strömendem Wasserstoff (1 L/Min) wie folgt reduziert: (a) von Raumtemperatur auf 100ºC erhitzt und 0,5 Stunden gehalten, (b) von 100ºC auf 450ºC mit 3ºC/Min erhitzt und 4 Stunden gehalten, (c) in H&sub2; über Nacht auf Raumtemperatur abgekühlt und (d) in der Reduktionszelle mit He oder Ar (1 L/Min) eine Stunde lang gespült. Jede Probe reduzierter Katalysator wurde dann passiviert, indem 1% O&sub2; in den He-Strom eingebracht wurde und dann der O&sub2;-Gehalt über einen Zeitraum von etwa 2 bis 3 Stunden auf 100% erhöht wurde.The nitrate-impregnated TiO2 was reduced in flowing hydrogen (1 L/min) as follows: (a) heated from room temperature to 100°C and held for 0.5 hours, (b) heated from 100°C to 450°C at 3°C/min and held for 4 hours, (c) cooled to room temperature in H2 overnight, and (d) purged in the reduction cell with He or Ar (1 L/min) for 1 hour. Each reduced catalyst sample was then passivated by introducing 1% O2 into the He stream and then increasing the O2 content to 100% over a period of about 2 to 3 hours.
Degussa P-25 TiO&sub2; wurde mit Aceton behandelt, bei 90ºC getrocknet und mit 9,6 Gew.% Sterotex (pflanzlichem Stearin) verrieben. Das Material wurde auf eine Größe von 3/8 inch tablettiert, wobei ein Pillierdruck verwendet wurde, der ein Material mit einem Porenvolumen von 0,35 bis 0,40 ml/g ergab. Die 3/8 inch Pillen wurden gebrochen und auf 42 bis 80 mesh gesiebt und in strömender Luft bei 500ºC 4 Stunden calciniert, um das Sterotex auszubrennen. Portionen davon wurden dann erneut in strömender Luft 16 Stunden bei 650ºC calciniert, um einen hohen Rutilgehalt zu erhalten, und auf 90 bis 150 mesh gesiebt. Der Trägerverbund, der zur Herstellung dieses Katalysators verwendet wurde, war 97% Rutil, 13,6 m²/g, 0,173 ml/g.Degussa P-25 TiO2 was treated with acetone, dried at 90ºC and triturated with 9.6 wt.% Sterotex (vegetable stearin). The material was tabletted to a size of 3/8 inch using a pilling pressure that produced a material with a pore volume of 0.35 to 0.40 ml/g. The 3/8 inch pills were broken and screened to 42 to 80 mesh and calcined in flowing air at 500ºC for 4 hours to burn out the Sterotex. Portions of these were then again calcined in flowing air at 650ºC for 16 hours to obtain a high rutile content and screened to 90 to 150 mesh. The support composite used to prepare this catalyst was 97% rutile, 13.6 m²/g, 0.173 ml/g.
10,8 g Kobaltnitrat (Co(NO&sub3;)&sub2;·H&sub2;O) und 16 ml wäßrige Perrheniumsäurelösung (52 mg Re/ml) wurden dann in etwa 300 ml Aceton in einem 1 Liter Rundkolben gelöst. 160 g TiO&sub2; (YAX-0487) wurden zugegeben und die Mischung bis zur Trockne an einen Rotationsverdampfer getan. Der Katalysator wurde in einem Vakuumofen bei 140ºC 18 Stunden lang getrocknet und 3 Stunden in strömender Luft bei 250ºC calciniert. Der calcinierte Katalysator wurde erneut gesiebt, um die geringe Menge an Feinstaub zu entfernen, die während der Herstellung erzeugt worden war.10.8 g of cobalt nitrate (Co(NO3)2·H2O) and 16 mL of aqueous perrhenic acid solution (52 mg Re/mL) were then dissolved in about 300 mL of acetone in a 1 liter round bottom flask. 160 g of TiO2 (YAX-0487) were added and the mixture was placed on a rotary evaporator until dry. The catalyst was dried in a vacuum oven at 140°C for 18 hours and calcined in flowing air at 250°C for 3 hours. The calcined catalyst was sieved again to remove the small amount of particulate matter that had been generated during preparation.
Die analytischen Untersuchungen des Katalysators sind unten angegeben:The analytical tests of the catalyst are given below:
Kobalt, Gew.-% 11,3Cobalt, wt.% 11.3
Rhenium, Gew.-% 0,42Rhenium, wt.% 0.42
Natrium, ppm 369Sodium, ppm 369
% Rutil (ASTM D 3720-78) 97% Rutile (ASTM D 3720-78) 97
Oberfläche m²/g 14,6Surface m²/g 14.6
Porenvolumen, ml/g 0,122Pore volume, ml/g 0.122
Schüttdichte, g/ml 1,41Bulk density, g/ml 1.41
Neben der quantitativen Angabe des Rutilgehalts zeigt das Röntgenbeugungsspektrum die Anwesenheit von Co&sub3;O&sub4;.In addition to the quantitative indication of the rutile content, the X-ray diffraction spectrum shows the presence of Co₃O₄.
Das allgemeine Verfahren, das für die Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese beschrieben wurde, wurde wie folgt in den Beispielen 3 und 4 modifiziert.The general procedure described for Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis was modified as follows in Examples 3 and 4.
Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Volumengeschwindigkeit, die erforderlich war, um eine 25%ige bis 45%ige CO-Umwandlung zu erreichen, bei 1700 bis 2500 kPa gestartet. Eine Ethylen/Argonmischung wurde mit H&sub2;/CO-Einsatzmaterial gemischt und dann am Einlaß mit einer Ethylenmenge, um 2,5% und 6,2% Ethylen im Einsatzmaterial auf die Co- beziehungsweise Ru-Katalysatoren zu ergeben, in den Reaktor gegeben. Der Gesamtreaktordruck wurde dann auf ein Niveau erhöht, das notwendig war, um den H&sub2; + CO-Partialdruck in dem Reaktor auf das Niveau zu erhöhen, das vor der Ethylenzugabe gefunden wurde. Der Reaktor wurde 4 bis 24 Stunden bei diesen Bedingungen laufen gelassen. Ethylen/- Argon-Einsatzmaterial wurde dann so geleitet, daß es in den Reaktor, unverdünnt durch H&sub2; + CO, an einem Punkt in dem Reaktor von 1/3 · L (L = Reaktorlänge) abwärts vom Einlaß eintrat, während H&sub2; + CO-Volumengeschwindigkeit und der Partialdruck auf seinem vorherigen Wert gelassen wurden. Der Reaktor wurde mit diesen Bedingungen 4 bis 24 Stunden lang laufen gelassen. Das Ethylen/- Argoneinsatzmaterial wurde abgestellt und die Reaktorbedingungen kehrten auf die Anfangsbedingungen zurück, um irreversible Schädigungseffekte der Ethylenzugabe auf die Syntheseaktivität und -selektivität auszuschließen. Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial Ort der Zugabe keiner Einlaß Ethylen % Ethylen umgewandelt Selektivität (%)* zu Ausbeute Selektivität * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der Selektivitäten ist größer als 100%.The catalyst was started in H2/CO at a volume rate required to achieve 25% to 45% CO conversion at 1700 to 2500 kPa. An ethylene/argon mixture was mixed with H2/CO feed and then added to the reactor at the inlet with an amount of ethylene to give 2.5% and 6.2% ethylene in the feed on the Co and Ru catalysts, respectively. The total reactor pressure was then increased to a level necessary to raise the H2 + CO partial pressure in the reactor to the level found prior to ethylene addition. The reactor was run at these conditions for 4 to 24 hours. Ethylene/argon feed was then passed so that it entered the reactor undiluted by H2. + CO, entered the reactor at a point 1/3 L (L = reactor length) downstream from the inlet, while H₂ + CO volumetric velocity and partial pressure were left at their previous value. The reactor was run at these conditions for 4 to 24 hours. The ethylene/argon feed was turned off and the reactor conditions returned to initial conditions to exclude irreversible deleterious effects of ethylene addition on synthesis activity and selectivity. Experiment % Ethylene in Feed Addition Site None Inlet Ethylene % Ethylene Converted Selectivity (%)* to Yield Selectivity * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is greater than 100%.
11,7% Co/0,5 Re/TiO&sub2;, 200ºC, 2 050 kPa, H&sub2; + CO, H&sub2;/CO = 2,1/111.7% Co/0.5 Re/TiO2, 200ºC, 2 050 kPa, H2 + CO, H₂/CO = 2.1/1
25 bis 27% CO-Umwandlung.25 to 27% CO conversion.
Die Zugabe von Ethylen (C&sub2;&supmin;) am Reaktoreinlaß vermindert die CH&sub4;-Selektivität und erhöht die C&sub5;&spplus;-Selektivität. Das meiste des Ethylens (bei 2,5% Konzentration) wird umgewandelt, aber nur 13,5% des umgewandelten Ethylens erscheint als wünschenswerte C&sub3;&spplus;-Produkte, der Rest (86,5%) wird zu Ethan hydriert, das gegenüber Kettenwachstum zu C&sub3;&spplus; bei Fischer-Tropsch-Synthesebedingungen unreaktiv ist und daher nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierungsreaktor in Ethylen umzuwandeln. Beispiel 4 (Dies ist kein erfindungsgemäßes Beispiel) Auswirkung der Ethylenzuführ-Rutheniumkatalysator Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial Ort der Zugabe keiner Einlaß Ethylen % Ethylen umgewandelt Selektivität (%) (Ethan) Ausbeute Selektivität * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der Selektivitäten ist größer als 100%.The addition of ethylene (C2-) at the reactor inlet decreases the CH4 selectivity and increases the C5+ selectivity. Most of the ethylene (at 2.5% concentration) is converted, but only 13.5% of the converted ethylene appears as desirable C3+ products, the remainder (86.5%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive toward chain growth to C3+ at Fischer-Tropsch synthesis conditions and therefore cannot be recycled without converting it to ethylene in a dehydrogenation reactor. Example 4 (This is not an inventive example) Effect of Ethylene Feed Ruthenium Catalyst Experiment % Ethylene in Feed Addition Site None Inlet Ethylene % Ethylene Converted Selectivity (%) (Ethane) Yield Selectivity * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt.%) However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is greater than 100%.
1,2% Ru/TiO&sub2;, 200ºC, 1 700 kPa, H&sub2;/CO = 2,1/1, 35 bis 45% CO- Umwandlung.1.2% Ru/TiO2, 200ºC, 1700 kPa, H2/CO = 2.1/1, 35 to 45% CO conversion.
Zugabe von Ethylen zu H&sub2;/CO-Einsatzmaterial am Reaktoreinlaß (mit einem Niveau von 6,2%) verringert die CH&sub4;-Selektivität von 5,5 auf 4,3, während die C&sub5;&spplus;-Selektivität von 87,5 auf 105,6% erhöht wird. Das Meiste des zugesetzten Ethylens (97%) wird umgewandelt, davon erscheinen nur 18% als erwünschte C&sub3;&spplus;-Produkte, der Rest (82%) wird zu Ethan hydriert, das gegenüber Kettenwachstum zu C&sub3;&spplus; bei Fischer-Tropsch-Synthesebedingungen unreaktiv ist und daher nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierungsreaktor in Ethylen umzuwandeln.Addition of ethylene to H₂/CO feed at the reactor inlet (at a level of 6.2%) reduces the CH₄ selectivity from 5.5 to 4.3, while increasing the C₅⁺ selectivity from 87.5 to 105.6%. Most of the added ethylene (97%) is converted, of which only 18% appears as desired C₃⁺ products, the rest (82%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive towards chain growth to C₃⁺ under Fischer-Tropsch synthesis conditions. and therefore cannot be recycled without converting it into ethylene in a dehydrogenation reactor.
Es gibt einen eindeutigen Vorteil, den Reaktoreinlaß zu umgehen, indem C&sub2;&supmin; unter dem Einlaß mit der gleichen Konzentration eingebracht wird. Die C&sub4;-Selektivität nimmt weiter ab (von 4,3% auf 3,9%), die C&sub5;&spplus;-Selektivität nimmt zu (von 105,6% auf 117,0%) und die Aktivität des Katalysators wird durch die Anwesenheit des Ethylen, entweder am Einlaß oder unterhalb des Einlasses des Reaktors, nicht beeinträchtigt. Der offensichtliche Grund für diese verbesserte Produktselektivität ist ein Anstieg der Ausbeute an C&sub3;&spplus; vom Ethylen (der Prozentsatz des Ethyleneinsatzmaterials, der in C&sub3;&spplus; umgewandelt wird) von 17% auf 26% trotz der niedrigeren Ethylenumwandlung, wenn der Zusatz unterhalb des Einlasses erfolgt. Die Zugabe unterhalb des Einlasses vermindert die Hydrierungsselektivität dramatisch (von 82% auf 44%), während die C&sub3;&spplus;-Selektivität erhöht wird (von 18% auf 56 %). Daher erhöht es die Wirksamkeit der Ethylenausnutzung dramatisch, während die Bildung von Spezies wie Ethan vermieden wird, das nicht weiter unter Fischer-Tropsch-Bedingungen polymerisiert werden kann. Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial Ort der Zugabe unterhalb des oberen Drittels des Reaktors oberer Teil Ethylen umgewandelt Selektivität Ethan Ausbeute Selektivität * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der Selektivitäten ist größer als 100%.There is a clear advantage to bypassing the reactor inlet by introducing C2- below the inlet at the same concentration. C4 selectivity continues to decrease (from 4.3% to 3.9%), C5+ selectivity increases (from 105.6% to 117.0%), and the activity of the catalyst is not affected by the presence of the ethylene either at the inlet or below the inlet of the reactor. The obvious reason for this improved product selectivity is an increase in the yield of C3+ from ethylene (the percentage of the ethylene feed that is converted to C3+) from 17% to 26% despite the lower ethylene conversion when the addition is made below the inlet. The addition below the inlet dramatically decreases the hydrogenation selectivity (from 82% to 44%) while increasing the C3+ selectivity (from 18% to 56%). Therefore, it dramatically increases the efficiency of ethylene utilization while avoiding the formation of species such as ethane, which cannot be further polymerized under Fischer-Tropsch conditions. Experiment % Ethylene in Feed Addition Location Below the Top Third of the Reactor Top Ethylene Converted Selectivity Ethane Yield Selectivity * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is greater than 100%.
1,2% Ru/TiO&sub2;, 200ºC, 1 700 kPa, H&sub2;/CO = 2,1/1, 35 bis 45% CO- Umwandlung.1.2% Ru/TiO2, 200ºC, 1700 kPa, H2/CO = 2.1/1, 35 to 45% CO conversion.
Es gibt einen eindeutigen Vorteil, den Reaktoreinlaß zu umgehen, indem C&sub2;&supmin; unter dem Einlaß mit der gleichen Konzentration eingebracht wird. Die CH&sub4;-Selektivität nimmt weiter ab (von 8,3% auf 7,2%), die C&sub5;&spplus;-Selektivität nimmt zu (von 92,9% auf 99,3%) und die Aktivität des Katalysators wird durch die Anwesenheit des Ethylen, entweder am Einlaß oder unterhalb des Einlasses des Reaktors, nicht beeinträchtigt. Der offensichtliche Grund für diese verbesserte Produktselektivität ist ein Anstieg der Ausbeute an C&sub3;&spplus; vom Ethylen (der Prozentsatz des Ethyleneinsatzmaterials, der in C&sub3;&spplus; umgewandelt wird) (von 13% auf 27,3%) trotz der niedrigeren Ethylenumwandlung, wenn der Zusatz unterhalb des Einlasses erfolgt. Die Zugabe unterhalb des Einlasses vermindert die Hydrierungsselektivität dramatisch (von 86,5% auf 69,5%), während die C&sub3;&spplus;-Selektivität erhöht wird (von 13,5 % auf 30,5%). Daher erhöht es die Wirksamkeit der Ethylenausnutzung dramatisch, während die Bildung von Spezies wie Ethan vermieden wird, das nicht weiter unter Fischer-Tropsch-Bedingungen polymerisiert werden kann. Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial Ort der Zugabe unterhalb des oberen Drittels Einlaß Ethylen % Ethylen umgewandelt Selektivität Ausbeute Selektivität * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der Selektivitäten ist größer als 100%.There is a clear advantage to bypass the reactor inlet by introducing C₂⁻ below the inlet at the same concentration. The CH₄ selectivity further decreases (from 8.3% to 7.2%), the C₅⁺ selectivity increases (from 92.9% to 99.3%) and the activity of the catalyst is enhanced by the presence of of ethylene, either at the inlet or below the inlet of the reactor. The obvious reason for this improved product selectivity is an increase in the yield of C3+ from ethylene (the percentage of the ethylene feed that is converted to C3+) (from 13% to 27.3%) despite the lower ethylene conversion when the addition is made below the inlet. The below the inlet addition dramatically decreases the hydrogenation selectivity (from 86.5% to 69.5%) while increasing the C3+ selectivity (from 13.5% to 30.5%). Therefore, it dramatically increases the efficiency of ethylene utilization while avoiding the formation of species such as ethane, which cannot be further polymerized under Fischer-Tropsch conditions. Experiment % Ethylene in Feed Addition Location Below Top Third Inlet Ethylene % Ethylene Converted Selectivity Yield Selectivity * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt.%) However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is greater than 100%.
11,7% CO/0,5 Re/TiO&sub2;&sub1; 200ºC, 2 050 kPa, H&sub2;+CO, H&sub2;/CO = 2,1/1, 25 bis 27% CO-Umwandlung.11.7% CO/0.5 Re/TiO₂₁ 200ºC, 2 050 kPa, H₂+CO, H₂/CO = 2.1/1, 25 to 27% CO conversion.
Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Volumengeschwindigkeit, die erforderlich war, um eine 15%ige bis 30%ige CO-Umwandlung zu erreichen, und bei 2000 bis 2100 kPa gestartet. Die Bedingungen wurden für mindestens 48 Stunden aufrechterhalten. Eine Ethylen/Argonmischung wurde mit H&sub2;/CO-Einsatzmaterial gemischt und dann am Einlaß mit einer Ethylenkonzentration von 2 bis 7 Vol.% in den Reaktor gegeben. Der Gesamtreaktordruck wurde dann auf ein Niveau erhöht, das notwendig war, um den H&sub2; + CO-Partialdruck in dem Reaktor auf das Niveau zu erhöhen, das vor der Ethylenmitzugabe gefunden wurde. Der Reaktor wurde mindestens 24 Stunden bei diesen Bedingungen laufen gelassen. Auswirkung der Ethylenzugabe-Rutheniumkatalysator Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial % Ethylen umgewandelt Selektivität Ethan Ausbeute Geschwindigkeit der Ethylenumwandlung Geschwindigkeit der CO-Umwandlung (Mol CO/g-Atom Ru · h) Selektivität 1,2% RufriO&sub2;, 191 bis 192ºC, 2100 kPa, H2* +CO, -CO = 2,1/1, 18 bis 22% CO-Umwandlung * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der "Selektivitäten" ist größer als 100%.The catalyst was started in H₂/CO at a volume rate required to achieve 15% to 30% CO conversion and at 2000 to 2100 kPa. Conditions were maintained for at least 48 hours. An ethylene/argon mixture was mixed with H₂/CO feed and then added to the reactor at the inlet with an ethylene concentration of 2 to 7 vol%. The total reactor pressure was then increased to a level necessary to raise the H₂ + CO partial pressure in the reactor to the level found before ethylene addition. The reactor was run at these conditions for at least 24 hours. Effect of Ethylene Addition Ruthenium Catalyst Experiment % Ethylene in Feed % Ethylene Converted Selectivity Ethane Yield Rate of Ethylene Conversion Rate of CO Conversion (mol CO/g-atom Ru h) Selectivity 1.2% RufriO₂, 191 to 192ºC, 2100 kPa, H2* +CO, -CO = 2.1/1, 18 to 22% CO Conversion * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the "selectivities" is greater than 100%.
Die Zugabe von Ethylen (C&sub2;&supmin;) zu H&sub2;/CO-Einsatzmaterial am Reaktoreinlaß verringert die CH&sub4;-Selektivität und erhöht die C&sub5;&spplus;- Selektivität bei dem Ru/TiO&sub2;-Katalysator. Ein großer Anteil des zugesetzten Ethylens (7% des Einsatzmaterials) wird umgewandelt (73,4%), aber nur 49,5% des umgewandelten C&sub2; erscheint als erwünschte C&sub3;&spplus;-Produkte, der Rest (50,5%) wird zu Ethan hydriert, das gegenüber Kettenwachstum bei Fischer-Tropsch-Synthesebedingungen unreaktiv ist und daher nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierungsreaktor in Ethylen umzuwandeln.The addition of ethylene (C₂⊃min;) to H₂/CO feed at the reactor inlet reduces the CH₄ selectivity and increases the C₅⊃min; Selectivity with the Ru/TiO2 catalyst. A large fraction of the added ethylene (7% of the feed) is converted (73.4%), but only 49.5% of the converted C2 appears as desired C3+ products, the remainder (50.5%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive to chain growth at Fischer-Tropsch synthesis conditions and therefore cannot be recycled without converting it to ethylene in a dehydrogenation reactor.
Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Volumengeschwindigkeit, die erforderlich war, um eine 15%ige bis 30%ige CO-Umwandlung zu erreichen, bei 2000 bis 2100 kPa gestartet. Die Bedingungen wurden für mindestens 48 Stunden aufrechterhalten. Eine Ethylen/Argonmischung wurde mit H&sub2;/CO-Einsatzmaterial gemischt und dann am Einlaß mit einer Ethylenkonzentration von 2 bis 7 Vol.% in den Reaktor gegeben. Der Gesamtreaktordruck wurde dann auf ein Niveau erhöht, das notwendig war, um den H&sub2; + CO-Partialdruck in dem Reaktor auf das Niveau zu erhöhen, das vor der Ethylenmitzugabe gefunden wurde. Der Reaktor wurde mindestens 24 Stunden bei diesen Bedingungen laufen gelassen. Dann wurde Wasserdampfin einer Konzentration von 10 bis 20 Vol.% eingebracht, indem das H&sub2; + CO in Blasen durch ein Sättigungsgerät geleitet wurde, der bei 120 bis 145ºC gehalten wurde, während die Ethylen/Argonströmung konstant gehalten wurde. Der Gesamtreaktordruck wurde dann auf ein Niveau erhöht, das notwendig war, um den H&sub2; + CO-Partialdruck und den Ethylenpartialdruck in dem Reaktor auf den Niveaus vor der Mitzuführung von Wasser zu halten. Außerdem wurden die Strömungsgeschwindigkeiten von H&sub2;/CO und Ethylen/Argon erhöht, um so die CO-Umwandlung auf ihrem vorherigen Wert vor der Wasserzugabe zu halten. Der Reaktor wurde mindestens 24 Stunden bei diesen Bedingungen laufen gelassen. Auswirkung der Ethylen/Wasserzugabe-Rutheniumkatalysator Versuch % Ethylen im Einsatzmaterial % Wasser im Einsatzmaterial % Ethylen umgewandelt Selektivität Ausbeute Geschwindigkeit der Ethylenumwandlung zu (Mol C&sub2;/g-Atom Ru · h) Geschwindigkeit der CO-Umwandlung Selektivität 1,2% Ru/TiO&sub2;, 191 bis 192ºC, 2100 kPa, H&sub2; + CO, H&sub2;/CO = 2,1/1, 18 bis 22% CO-Umwandlung * % umgewandeltes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. ** % zugesetztes Ethylen, das als diese Produkte erscheint. *** Selektivität ist definiert als der Prozentsatz des umgewandelten CO, das als ein gegebenes Produkt erscheint (es ist beinahe identisch mit Gew.%). Wenn allerdings Ethylen zugesetzt wird, kommen einige der C-Atome von diesem und die Summe der Selektivitäten ist größer als 100%.The catalyst was started in H2/CO at a volume rate required to achieve 15% to 30% CO conversion at 2000 to 2100 kPa. Conditions were maintained for a minimum of 48 hours. An ethylene/argon mixture was mixed with H2/CO feed and then added to the reactor at the inlet at an ethylene concentration of 2 to 7 vol.%. The total reactor pressure was then increased to a level necessary to increase the H2 + CO partial pressure in the reactor to the level found prior to ethylene co-addition. The reactor was run at these conditions for a minimum of 24 hours. Water vapor was then introduced at a concentration of 10 to 20 vol.% by blowing the H2 into a steam cylinder. + CO in bubbles through a saturator maintained at 120-145°C while the ethylene/argon flow was kept constant. The total reactor pressure was then increased to a level necessary to maintain the H₂ + CO partial pressure and the ethylene partial pressure in the reactor at the levels prior to water addition. In addition, the H₂/CO and ethylene/argon flow rates were increased so as to maintain the CO conversion at its previous value prior to water addition. The reactor was run at these conditions for at least 24 hours. Effect of Ethylene/Water Addition Ruthenium Catalyst Experiment % Ethylene in Feed % Water in Feed % Ethylene Converted Selectivity Yield Rate of Ethylene Conversion to (moles C2/g-atom Ru hr) Rate of CO Conversion Selectivity 1.2% Ru/TiO2, 191 to 192ºC, 2100 kPa, H2 + CO, H2/CO = 2.1/1, 18 to 22% CO Conversion * % ethylene converted that appears as these products. ** % ethylene added that appears as these products. *** Selectivity is defined as the percentage of CO converted that appears as a given product (it is almost identical to wt%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is greater than 100%.
Die Tabelle zeigt, daß es einen eindeutigen Vorteil ergibt, Wasserdampf mit dem Ethylen und mit dem H&sub2;/CO-Einsatzmaterial zusammen zuzuführen. Während die Ethylenumwandlung bei Zugabe von 18% H&sub2;O von 73,5% auf 38,2% abnimmt, sinkt die Ausbeute nur geringfügig ab (36,3% auf 33,8%). Am wichtigsten allerdings ist, daßThe table shows that there is a clear advantage in feeding steam together with the ethylene and with the H₂/CO feed. While ethylene conversion decreases from 73.5% to 38.2% with the addition of 18% H₂O, the yield decreases only slightly (36.3% to 33.8%). Most importantly, however,
- die Selektivität zu den erwünschten C&sub3;&spplus;-Produkten von 49,5% auf 88,5% steigt,- the selectivity to the desired C₃⁺ products increases from 49.5% to 88.5%,
- die Geschwindigkeit der Ethylenumwandlung zu C&sub3;&spplus;-Produkten und der CO-Umwandlung sich auf das ungefähr dreifache erhöhen, in anderen Worten, die Aktivität des Katalysators für beide Reaktionen, C&sub2;H&sub4;-Einbau und Fischer-Tropsch-Synthese, steigt auf das Dreifache, und- the rate of ethylene conversion to C₃⁺ products and CO conversion increases approximately threefold, in other words, the activity of the catalyst for both reactions, C₂H₄ incorporation and Fischer-Tropsch synthesis, increases threefold, and
- die Geschwindigkeit der Ethylenumwandlung zu Ethan (d. h. Hydriergeschwindigkeit), sinkt in der Tat auf ungefähr ein Drittel bei Zugabe von 18% Wasserdampf zu dem H&sub2;/CO/C&sub2;&supmin;- Einsatzmaterial.- the rate of ethylene conversion to ethane (i.e. hydrogenation rate) actually drops to about one-third upon addition of 18% steam to the H₂/CO/C₂⊃min; feed.
Damit verbundene vorteilhafte Auswirkungen sind ein Absinken der CH&sub4;-Selektivität (3,0% auf 0,9%) und ein Anstieg der effektiven C&sub5;&spplus;-Selektivität von 138,5% auf 199,5%.Associated beneficial effects are a decrease in CH4 selectivity (3.0% to 0.9%) and an increase in effective C5+ selectivity from 138.5% to 199.5%.
Diese Ergebnisse legen nahe, daß die Auswirkung von Wasser ist, den erneuten Einbau und das Kettenwachstum von zugesetztem Ethylen zu erhöhen, während seine Hydrierung zu dem unerwünschten Ethanprodukt nachdrücklich gehemmt wird.These results suggest that the effect of water is to increase the re-incorporation and chain growth of added ethylene while strongly inhibiting its hydrogenation to the undesirable ethane product.
- Masse ausgedrückt in Pfund (lbs) wird in die entsprechenden kg umgewandelt, indem mit 0,4536 malgenommen wird.- Mass expressed in pounds (lbs) is converted to the equivalent kg by multiplying by 0.4536.
- Länge ausgedrückt in inch wird in cm umgewandelt, indem mit 2,54 malgenommen wird.- Length expressed in inches is converted to cm by multiplying by 2.54.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
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EP19870311323 EP0321616B1 (en) | 1985-12-30 | 1987-12-22 | Process for reducing methane production and increasing liquid yields in Fischer-Tropsch reactions |
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-
1987
- 1987-12-22 DE DE19873789668 patent/DE3789668T2/en not_active Expired - Lifetime
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