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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Olefinen.
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Olefine,
wie Ethylen und Propylen, können
durch eine Vielzahl an Verfahren, einschließlich Dampfkracken von Kohlenwasserstoffen
oder durch die Dehydrierung von paraffinischen Einsatzmaterialien,
hergestellt werden. In letzter Zeit sind Olefine durch ein als autothermes
Kracken bekanntes Verfahren hergestellt worden. In einem derartigen
Verfahren wird eine Kohlenwasserstoffeinspeisung mit einem Sauerstoff-enthaltenden Gas
gemischt und mit einem Katalysator kontaktiert. Die Kohlenwasserstoffeinspeisung
wird teilweise verbrannt und die erzeugte Wärme wird verwendet, um die
Dehydrierungsreaktion durchzuführen.
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Ein
Beispiel eines autothermen Krackverfahrens wird in
EP 0 332 289 beschrieben. Das Patent
beschreibt Metalle der Platingruppe, die in der Lage sind, die Verbrennung über die
reduzierende Grenze der Entflammbarkeit hinaus zu unterstützen. Bevorzugte
Katalysatoren sind getragene Platinkatalysatoren, wie Platin/Gammaaluminiumoxid-Kugeln,
und Platin/Monolithe, wie Platin/Cordierit, oder Mullitmonolithe.
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In
WO 97/26987 werden derartige Platinkatalysatoren mit Sn oder Cu
in weitestgehender Abwesenheit von Palladium modifiziert. Gemäß Seite
4, Zeilen 32 bis 34 des Patents verursacht Palladium, daß der Katalysator
verkokt und sich sehr schnell desaktiviert.
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US-Patent
4,788,371 offenbart ein Verfahren zur Dampfhydrierung von dehydrierbaren
Kohlenwasserstoffen in der Dampfphase zusammen mit der oxidativen
Wiedererwärmung
der Zwischenprodukte. Das Verfahren nutzt einen Einzelkatalysator,
um sowohl die selektive Oxidation als auch die Dampfdehydrierungsfunktionen
durchzuführen.
Der spezielle eingesetzte Katalysator umfaßt eine Edelmetallkomponente
der Gruppe VIII und eine Komponente der Gruppe IA und/oder der Gruppe
IIA, und kann unter anderen Modifikationsmitteln ein Metall der
Gruppe IIIA oder IVA und eine Halogenkomponente enthalten. Die katalytischen
Komponenten werden von einem anorganischen Substrat, wie Aluminiumoxid,
getragen.
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Die
PCT-Veröffentlichung
WO 94/29021 offenbart einen Katalysator, der zur Dehydrierung von
dehydrierbaren C2-30-Kohlenwasserstoffen
geeignet ist; wobei der Katalysator im wesentlichen aus einem Mischoxid aus
Magnesium und Aluminiumoxid besteht und ebenso ein Edelmetall der
Gruppe VIII, ein Metall der Gruppe IVA und gegebenenfalls ein Alkalimetall
der Gruppe IA umfaßt.
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Die
PCT-Veröffentlichung
WO-A-00/14037 wurde am 16. März
2000 veröffentlicht
und offenbart ein direkt gekoppeltes Verfahren zum Synthetisieren
oder Regenerieren von Katalysatoren für autotherme Oxidationsverfahren,
speziell die Oxidation von paraffinischen Kohlenwasserstoffen zu
Olefinen. Der Katalysator umfaßt
ein Metall der Gruppe 8B und gegebenenfalls einen Promoter auf einem
Träger.
Das Metall der Gruppe 8B ist vorzugsweise Platin. Der Promoter wird
aus den Elementen der Gruppen 1A, 2A, 3B, 4B, 6B, 1B, 3A, 4A, 5A
und den Lanthanoid- und Actinoidelementen und Gemischen davon ausgewählt. Bevorzugte
Promoter sind Zinn, Antimon, Kupfer, Silber, Indium und Gemische
davon.
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Wir
fanden nun heraus, daß im
Gegensatz zu den Vorschlägen
des Standes der Technik die Zusammensetzungen, die Palladium umfassen,
als Katalysatoren für
autotherme Krackverfahren wirksam sind.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Olefins aus einem Kohlenwasserstoff bereit, wobei das Verfahren:
die
Teilverbrennung des Kohlenwasserstoffs und eines Sauerstoff-enthaltenden
Gases in Gegenwart eines Katalysators umfaßt, wobei das stöchiometrische
Verhältnis
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff das 5- bis 13,5fache des stöchiometrischen
Verhältnisses
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff beträgt, das zum vollständigen Verbrennen
des Kohlenwasserstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysator Palladium und mindestens ein weiteres Metall umfaßt, wobei
dieses weitere Metall ein Metall der Gruppe IIA, Gruppe IVA, VA,
ein Übergangsmetall
oder ein Lanthanoid ist, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Ga, In, Sn, Ge, Sb, Bi, Cu, Ce und
La.
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Zur
Vermeidung von Zweifeln können
das Palladium und mindestens ein weiteres Metall in jeder Form, beispielsweise
als ein Metall, oder in der Form einer Metallverbindung, wie ein
Oxid, in dem Katalysator vorliegen.
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Die
Teilverbrennungsreaktion wird durch das Kontaktieren einer Einspeisung,
die den Kohlenwasserstoff und ein molekularen Sauerstoff enthaltendes
Gas umfaßt,
mit dem Katalysator durchgeführt.
Jedes geeignete Sauerstoff-enthaltende Gas kann eingesetzt werden,
wobei Luft ein Beispiel ist.
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Das
stöchiometrische
Verhältnis
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff ist das 5- bis 13,5fache, stärker bevorzugt
6- bis 10fache, des stöchiometrischen
Verhältnisses
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff, das zur vollständigen Verbrennung
des Kohlenwasserstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist.
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Vorzugsweise
wird Wasserstoff in die Reaktion co-eingespeist. Es wird angenommen,
daß in
Gegenwart des Katalysators der Wasserstoff bezogen auf den Kohlenwasserstoff
bevorzugt verbrennt, wodurch die Olefinselektivität des gesamten
Verfahrens erhöht
wird.
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Zusätzliche
Einspeisungskomponenten, wie Stickstoff, Kohlenmonoxid und Dampf
können
ebenso in die Reaktion eingespeist werden.
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Die
Metalle der Gruppe IIIA sind Ga und In.
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Die
Metalle der Gruppe IVA sind Ge und Sn.
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Die
Metalle der Gruppe VA sind Sb und Bi. Von diesen ist Bi bevorzugt.
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Das
Metall in den Übergangsmetallreihen
ist Cu.
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Die
Lanthanoide sind Lanthan und Cer.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
der Katalysator nur ein Metall, das aus der Gruppe IIIA, Gruppe
IVA, VA, den Übergangsmetall-
und Lanthanoidreihen ausgewählt
wird. Beispielsweise kann der Katalysator Palladium und ein Metall
umfassen, das aus der Gruppe, bestehend aus Ga, In, Sn, Ge, Sb,
Bi, Cu, Ce und La, ausgewählt
wird. Palladium kann nominal zwischen 0,01 und 5,0 Gew.-%, vorzugsweise
zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, und stärker bevorzugt zwischen 0,05
und 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Katalysators bilden. Es sollte
jedoch angemerkt werden, daß nicht
das gesamte Metall, das während
der Herstellung des Katalysators eingesetzt wird, zwangsläufig in
die Katalysatorzusammensetzung aufgenommen wird. Daher kann sich
die tatsächliche
Beschickung von Me tall von der nominalen Beschickung unterscheiden.
Um zu gewährleisten,
daß die
gewünschten
tatsächlichen
Metallkonzentrationen erreicht werden, müssen die nominalen Metallkonzentrationen
dementsprechend verändert
werden.
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Die
tatsächliche
Beschickung von Palladium kann zwischen 10 und bis zu 100 % des
Nennwertes liegen. Vorzugsweise liegen die tatsächlichen Beschickungen über 40 %,
stärker
bevorzugt über
70 % (beispielsweise 90 bis 99 %) der Nennwerte. In einer bevorzugten
Ausführungsform
liegt die tatsächliche
Beschickung von Palladium zwischen 0,01 und 5,0 Gew.-%, vorzugsweise
zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, und stärker bevorzugt zwischen 0,05
und 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Katalysators.
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Das
Atomverhältnis
von Palladium zu dem Metall der Gruppe IIIA, IVA, VA, dem Übergangs-
oder Lanthanoidmetall kann 1 : 0,1 bis 50,0, vorzugsweise 1 : 0,1
bis 12,0, stärker
bevorzugt 1 : 0,2 bis 3,0, und noch stärker bevorzugt 1 : 0,5 bis
1,5, betragen.
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Wo
das Metall ein Metall der Gruppe IIIA, Ga oder In, ist, können die
Atomverhältnisse
von Pd zu Ga oder In 1 : 0,1 bis 50, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 12,0
und stärker
bevorzugt 1 : 0,5 bis 8,0, betragen. Wo beispielsweise das Metall
der Gruppe IIIA In ist, kann das Verhältnis von Pd zu In 1 : 0,7
bis 2, beispielsweise 1 : 1, betragen.
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Wo
das Metall ein Metall der Gruppe IVA, SN oder Ge, ist, wird Sn am
stärksten
bevorzugt. Atomverhältnisse
von Pd zu Sn oder Ge können
1 : 0,1 bis 50, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 12,0, und stärker bevorzugt
1 : 0,5 bis 8,0, betragen. Beispielsweise kann das Verhältnis von
Pd zu Ge 1 : 0,1 bis 8, vorzugsweise 1 : 0,5 bis 6, beispielsweise
1 : 5,8; 1 : 1 und 1 : 0,5, betragen. Das Verhältnis von Pd zu Sn kann 1 :
0,5 bis 17 betragen. In einer Ausführungsform ist das Atomverhältnis von
Pd zu Sn 1 : 13 bis 17, beispielsweise 1 : 15. In einer anderen
Ausführungsform
ist das Atomverhältnis
von Pd zu Sn 1 : 0,5 bis 4,5, beispielsweise 1 : 2,5.
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Wo
das Metall ein Metall der Gruppe VA, Sb oder Bi, ist, können die
Atomverhältnisse
von Pd zu Sb oder Bi 1 : 0,1 bis 50, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 12,0,
und stärker
bevorzugt 1 : 0,5 bis 8,0, betragen.
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Wo
das Metall ein Übergangsmetall,
Cu, ist, sind die bevorzugten Atomverhältnisse Pd zu Cu 1 : 0,1 bis
3,0, vorzugsweise 1 : 0,2 bis 2,0, und stärker bevorzugt 1 : 0,5 bis
1,5, beispielsweise 1 : 0,8.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfaßt
der Katalysator mindestens zwei Metalle, ausgewählt aus der Gruppe IIIA, Gruppe
IVA, VA, den Übergangsmetall-
und Lanthanoidreihen. Beispielsweise kann der Katalysator Pd, Pt
und Cu, oder Pd, Pt und Sn umfassen. Palladium kann nominal zwischen
0,01 und 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, und
stärker
bevorzugt 0,05 bis 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Katalysators
bilden. Wie oben beschrieben, kann sich die tatsächliche Beschickung von Metall
von der nominalen Beschickung unterscheiden. Daher kann die tatsächliche
Beschickung von Palladium zwischen 10 und bis zu 100 % des Nennwertes
liegen. Vorzugsweise liegen die tatsächlichen Beschickungen über 40 %, stärker bevorzugt über 70 %
(beispielsweise 90 bis 99 %) der Nennwerte. In einer bevorzugten
Ausführungsform
liegt die tatsächliche
Beschickung von Palladium zwischen 0,01 und 5 Gew.-%, vorzugsweise
zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, und stärker bevorzugt 0,05 bis 1,0
Gew.-% des Gesamtgewichtes des Katalysators.
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Wo
der Katalysator mindestens zwei Metalle umfaßt, die aus der Gruppe IIIA,
Gruppe IVA, VA, den Übergangsmetall-
und Lanthanoidreihen ausgewählt
werden, umfaßt
der Katalysator vorzugsweise a) Palladium, b) ein weiteres Übergangsmetall
und c) ein Metall der Gruppe IIIA oder IVA. Das Übergangsmetall (b) ist vorzugsweise
Platin. Das Metall c) ist vorzugsweise ein Metall der Gruppe IVA,
Sn oder Ge, und am stärksten bevorzugt
Sn. Das Atomverhältnis
von Palladium zu Metall (b) (beispielsweise Platin) kann 1 : 0,1
bis 10,0, vorzugsweise 1 : 0,5 bis 8,0, und stärker bevorzugt 1 : 1,0 bis
5,0, betragen. Das Atomverhältnis
von Palladium zu Metall c) kann 1 : 0,1 bis 60, vorzugsweise 1 :
0,1 bis 50, betragen. Daher kann, wo das Metall c) Sn ist, das Atomverhältnis von
Pd zu Sn 1 : 0,1 bis 60, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 50,0, betragen.
Atomverhältnisse
von Pd zu Metall c) von 1 : 0,1 bis 12,0 können ebenso geeignet sein.
Wo beispielsweise Metall b) Cu ist, ist das Atomverhältnis Pd
zu Cu vorzugsweise 1 : 0,1 bis 3,0, stärker bevorzugt 1 : 0,2 bis
2,0, und am stärksten
bevorzugt 1 : 0,5 bis 1,5.
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Der
Katalysator kann ungetragen sein. Beispielsweise kann der Katalysator
in Form eines Metallgewebes vorliegen. Vorzugsweise ist der Katalysator,
der in dem vorliegenden Verfah ren eingesetzt wird, jedoch ein getragener
Katalysator. Der Katalysator kann von jedem geeigneten Träger getragen
werden. Keramikträger
werden im allgemeinen bevorzugt, obwohl ebenso Metallträger eingesetzt
werden können.
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Wo
Keramikträger
verwendet werden, kann die Zusammensetzung des Keramikträgers irgendein
Oxid oder eine Kombination von Oxiden sein, die bei hohen Temperaturen
von beispielsweise zwischen 600 °C
und 1200 °C
stabil ist. Das Trägermaterial
weist vorzugsweise einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf,
und ist gegen Phasentrennung bei hohen Temperaturen beständig.
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Geeignete
Keramikträger
umfassen Lithiumaluminiumsilikat (LAS), Aluminiumoxid (α-Al2O3), Yttrium-stabilisiertes
Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxidtitanat, Niascon und Calciumzirconiumoxidphosphat.
Die Träger
können
beispielsweise mit γ-Al2O3 beschichtet sein.
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Die
Struktur des Trägermaterials
ist wichtig, da diese Strömungsmuster
durch den Katalysator bewirken kann. Derartige Strömungsmuster
können
den Transport von Reaktanten und Produkten zu und von der Katalysatoroberfläche beeinflussen,
wodurch die Aktivität
des Katalysators beeinflußt
wird. Vorzugsweise ist das Substrat eine kontinuierliche mehrkanalige
Keramikstruktur, wie ein Schaum, ein regelmäßig kanalisiertes Monolith
oder ein faserartiges Kissen. Die Poren von Schaummonolithstrukturen
stellen gewöhnlich
gewundene Wege für
Reaktanten und Produkte bereit. Derartige Träger können 20 bis 80, vorzugsweise
30 bis 50 Poren pro Inch aufweisen. Kanalmonolithe weisen im allgemeinen
geradere kanalähnliche
Poren auf. Diese Poren sind im allgemeinen kleiner, und es kann
80 oder mehr Poren pro linearem Inch des Katalysators geben. Der
Träger
kann in Form von Kugeln oder anderen körnigen Formen vorliegen, oder
kann als eine dünne Schicht
oder Washcoat auf einem anderen Substrat vorliegen.
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Der
Katalysator, der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
kann weitere Elemente, wie Alkalimetalle, umfassen. Geeignete Alkalimetalle
umfassen Lithium, Natrium, Kalium und Caesium.
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Der
Katalysator, der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
kann durch irgendein in der Technik bekanntes Verfahren hergestellt
werden. Beispielsweise können
Gelverfahren und Naßimprägniertechniken eingesetzt
werden. Typischerweise wird der Träger mit einer oder mehreren
Lösungen,
die die Metalle umfassen, imprägniert,
getrocknet und dann in Luft kalziniert. Der Träger kann in einem oder mehreren
Schritten imprägniert
werden. Vorzugsweise werden mehrere Imprägnierungsschritte eingesetzt.
Der Träger
wird vorzugsweise getrocknet und zwischen jeder Imprägnierung
kalziniert, und dann einer Endkalzinierung vorzugsweise in Luft
unterzogen. Der kalzinierte Träger
kann dann beispielsweise durch Wärmebehandlung
in einer Wasserstoffatmosphäre
reduziert werden.
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Bei
einem Katalysator, der Palladium, Platin und Zinn umfaßt, wird
das Trägermaterial
vorzugsweise in einer Palladium/Platin-Lösung und dann in einer Lösung, die
Zinn umfaßt,
imprägniert.
Wenn einmal imprägniert,
wird der Katalysator bei beispielsweise 50 bis 200 °C getrocknet
und bei beispielsweise 100 bis 700 °C, beispielsweise 300 bis 700,
zwischen jeder Imprägnierung
kalziniert. Der Träger
wird dann einem Endkalzinierungsschritt bei beispielsweise 400 bis
1500 °C
in Luft unterzogen. Der Katalysator kann dann beispielsweise in
einer Wasserstoffatmosphäre
reduziert werden. Diese Reduktionsbehandlung kann bei Temperaturen
von bis zu 1000 °C,
beispielsweise 100 bis 750 °C,
durchgeführt
werden.
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Der
Katalysator kann in Form eines Fließ- oder Festbettes vorliegen.
Vorzugsweise wird ein Festbettkatalysator eingesetzt.
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Die
Teilverbrennungsreaktion kann bei einer Katalysatoraustrittstemperatur
zwischen 600 °C
und 1200 °C,
vorzugsweise zwischen 850 °C
und 1050 °C
und am stärksten
bevorzugt zwischen 900 °C
und 1000 °C, durchgeführt werden.
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Die
Reaktion kann bei atmosphärischem
oder erhöhtem
Druck durchgeführt
werden. Geeignete Drücke
liegen zwischen 0 und 2 bar, vorzugsweise 1,5 und 2 bar, beispielsweise
bei 1,8 bar. Erhöhte
Drücke
von beispielsweise 2 bis 50 bar können ebenso geeignet sein.
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Der
Kohlenwasserstoff kann jeden geeigneten Kohlenwasserstoff umfassen.
Vorzugsweise werden gasförmige
Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Geeignete gasförmige Kohlenwasserstoffe umfassen
Ethan, Propan, Butan und Gemische davon.
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Der
Kohlenwasserstoff wird über
den Katalysator bei einer stündlichen
Gasraumgeschwindigkeit (GHSV) von größer als 10.000 h–1,
vorzugsweise über
20.000 h–1,
und am stärksten
bevorzugt größer als 100.000
h–1 geleitet.
Es ist jedoch verständlich,
daß die
optimale stündliche
Gasraumgeschwindigkeit vom Druck und der Beschaffenheit der Einspeisungszusammensetzung
abhängen
wird.
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Vorteilhafterweise
kann Wärme
ebenso durch Vorerwärmen
des Kohlenwasserstoffs zugeführt
werden. Die Temperatur, auf die der Kohlenwasserstoff, das Sauerstoff-enthaltende
Gas und (gegebenenfalls) das Wasserstoffgemisch vorerwärmt werden
können,
wird jedoch durch die Selbstzündungseigenschaften
(beispielsweise Temperatur) der Einspeisung eingeschränkt.
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Wo
die Krackreaktion bei erhöhtem
Druck durchgeführt
wird, können
die Reaktionsprodukte gequencht werden, wenn sie aus der Reaktionskammer
austreten, um das Stattfinden von weiteren Reaktionen zu vermeiden.
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Jeder
Koks, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugt wird, kann durch mechanische Mittel oder unter Verwendung
eines der Entkohlungsverfahren, die in
EP 0 709 446 beschrieben werden, entfernt werden.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun durch die
Beispiele in bezug auf 1 der Zeichnungen, die eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung ist, welche zum Durchführen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
geeignet ist, beschrieben.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 10, die einen Reaktor 12 umfaßt, der
von einem Ofen 14 umgeben ist. Der Reaktor 12 kann
aus Quarz oder Metall gebildet werden. Wo ein Metallreaktor 12 eingesetzt
wird, wird das Innere des Reaktors mit Quarz (nicht gezeigt) ausgekleidet.
Typischerweise sind Metallreaktoren anfälliger für Wärmeverlust als Quarzreaktoren.
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Der
Reaktor 12 wird mit einer Sauerstoffzufuhr 16 und
einer Kohlenwasserstoffeinspeisungszufuhr 18 verbunden.
Die Kohlenwasserstoffeinspeisung umfaßt Ethan und geringe Mengen
an Wasserstoff und Stickstoff. Ein Katalysator 20 wird
in den Reaktor 12 eingebracht. Der Katalysator 20 wird
zwischen einem Paar von LAS-Wärmeschutzschilden 22, 24 plaziert.
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Der
Ofen wird dahingehend eingestellt, die Wärmeverluste zu minimieren,
und die Reaktanten 16, 18 werden in den Reaktor
mittels Leitung 26 eingebracht. Wenn die Reaktanten den
Katalysator 20 kontaktieren, verbrennt etwas Ethan in der
Kohlenwasserstoffeinspeisung 18, wodurch Wasser und Kohlendioxide
hergestellt werden. Die Wasserstoffcoeinspeisung verbrennt ebenso,
wodurch Wasser hergestellt wird. Diese beiden Verbrennungsreaktionen
sind exotherm, und die erzeugte Wärme wird verwendet, um die
Dehydrierung von Ethan zu Ethylen durchzuführen.
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Beispiele
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Beispiel 1 – Herstellung
von Pd/Pt/Sn-Katalysator
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Der
Katalysator wurde durch mehrfache Imprägnierung eines Lithiumaluminiumsilikatträgers mit
Aluminiumoxid-(HPA)-Washcoat hoher Reinheit hergestellt. Der Träger wurde
in 1) einer Platin/Palladium-Lösung ((NH3)4PtIICl2, (NH3)4PdIICl2) und 2) einer
SnCl2/HCl-Lösung imprägniert. Zwischen jeder Imprägnierung
wurde der Träger
bei 120 °C
getrocknet und bei 450 °C
kalziniert. Der Katalysator wurde dann in Luft bei 600 °C 6 Stunden
kalziniert und dann in einer Atmosphäre aus Wasserstoff (1,0 nl/min)
und Stickstoff (1,5 nl/min) für
1 Stunde (bei 700 °C)
reduziert.
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Der
Katalysator wurde analysiert und wies 0,36 Gew.-% Pt, 0,04 Gew.-%
Pd und 1,85 Gew.-% Sn auf.
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Vergleichsbeispiel A – 1 Gew.-%
Pt
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Ein
Katalysator mit einer nominalen Beschickung von 1 Gew.-% Pt wurde
durch Imprägnieren
eines Lithiumaluminiumsilikatträgers
mit einer HPA-Washcoat in einer Lösung aus (NH3)4PtIICl2 hergestellt.
Der imprägnierte
Träger
wurde bei 120 °C
getrocknet und bei 450 °C
kalziniert. Der Katalysator wurde dann in Luft bei 1200 °C 6 Stunden
kalziniert. Der Katalysator wurde analysiert und wies 0,86 Gew.-%
Pt auf.
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Vergleichsbeispiel B – Pt/Sn
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Ein
Katalysator, der Pt und Sn umfaßt,
wurde durch Imprägnieren
eines Lithiumaluminiumsilikatträgers mit
einer HPA-Washcoat in einer Lösung
aus 1) (NH3)4PtIICl2 und 2) SnCl2/HCl hergestellt. Der imprägnierte Träger wurde
getrocknet, kalziniert und reduziert, wie im Zusammenhang mit Beispiel
1 oben beschrieben. Der Katalysator wurde analysiert und wies 0,48
Gew.-% Pt und 2,80 Gew.-% Sn auf.
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Beispiel 2
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Die
Katalysatoren von Beispiel 1, Vergleichsbeispiel A und Vergleichsbeispiel
B oben wurden jeweils als Katalysatoren zur oxidativen Dehydrierung
von Ethan getestet. Jeder Katalysator wurde in der Vorrichtung von 1 angebracht,
und eine oxidative Dehydrierungsreaktion wurde unter den Bedingungen,
die in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefaßt werden, durchgeführt. Für die nachstehenden
Tests wurde ein Metallreaktor 12 eingesetzt.
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Wie
nachstehend in Tabelle 2 gezeigt, ist die Selektivität des Katalysators
von Beispiel 1 gegenüber Ethylen
größer als
die der Vergleichsbeispiele A bzw. B.
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Beispiel 3 – Herstellung
von 0,2 Gew.-% Pd/4,0 Gew.-% Sn – Katalysator
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Der
Katalysator wurde durch mehrfache Imprägnierung eines Lithiumalummiumsilikatträgers mit
einer HPA-Washcoat hergestellt. Der Träger wurde in 1) einer Palladiumlösung ((NH3)4PdIICl2) und 2) einer SnCl2/HCl-Lösung imprägniert.
Zwischen jeder Imprägnierung
wurde der Träger
bei 120 °C
getrocknet und bei 450 °C
kalziniert. Der Katalysator wurde dann in Luft bei 600 °C 6 Stunden
kalziniert und dann in einer Atmosphäre aus Wasserstoff (1,0 nl/min)
und Stickstoff (1,5 nl/min) für
1 Stunde bei 750 °C
reduziert.
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Die
nominalen Beschickungen des resultierenden Katalysators waren: 0,2
Gew.-% Palladium und 4,0 Gew.-% Zinn. Der Katalysator wurde analysiert
und wies 0,19 Gew.-% Pd und 3,18 Gew.-% Sn auf.
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Beispiel 4 – Herstellung
von 1 Gew.-% Pd/4,0 Gew.-% Sn – Katalysator
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Das
Verfahren aus Beispiel 3 wurde wiederholt, aber die Konzentration
der eingesetzten Palladiumlösung
wurde erhöht,
so daß die
nominalen Beschickungen des resultierenden Katalysators 1 Gew.-%
Palladium und 4 Gew.-% Zinn betrugen. Der Katalysator wurde analysiert
und wies 0,98 Gew.-% Pd und 2,70 Gew.-% Sn auf.
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Vergleichsbeispiel C
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Ein
Katalysator mit derselben Zusammensetzung wie Vergleichsbeispiel
B wurde durch Imprägnieren eines
Lithiumaluminiumsilikatträgers
mit einer HPA-Washcoat in einer Lösung aus 1) (NH3)4PtIICl2 und
2) SnCl2/HCl hergestellt. Der imprägnierte
Träger
wurde getrocknet, kalziniert und reduziert, wie im Zusammenhang
mit Beispiel 1 oben beschrieben. Jedoch wurde anstelle des Reduzierens
bei 700 °C
der Katalysator von Vergleichsbeispiel C bei 750 °C reduziert.
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Beispiel 5
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Die
Katalysatoren der Beispiele 3, 4 und Vergleichsbeispiele A und C
wurden jeweils als Katalysatoren zur Dehydrierung von Ethan getestet.
Jeder Katalysator wurde in der Vorrich tung von 1 angebracht,
und eine Dehydrierungsreaktion wurde unter den Bedingungen, die
in der nachstehenden Tabelle 3 zusammengefaßt werden, durchgeführt. Für die nachstehenden
Tests wurde ein Quarzreaktor 12 eingesetzt. Der eingesetzte Quarzreaktor
ist weniger anfällig
für Wärmeverlust
als der Metallreaktor, der beispielsweise in Beispiel 2 eingesetzt
wurde. Aus diesem Grund sind die Ethylenselektivitäten, die
unter Verwendung eines Quarzreaktors erhalten wurden, gewöhnlich höher als
die, die unter Verwendung eines Metallreaktors erhalten wurden.
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Wie
nachstehend in Tabelle 4 gezeigt, sind die Beispiele 3 und 4 selektiver
gegenüber
Ethylen als Vergleichsbeispiel A. Die Beispiele 3 und 4 zeigen eine ähnliche
Selektivität
zu Ethylen wie Vergleichsbeispiel C, aber bei einer höheren Geschwindigkeit
der Ethylenumwandlung.
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Beispiel 6 – Herstellung
von Pd/Cu-Katalysator
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Der
Katalysator wurde durch mehrfache Imprägnierung eines Lithiumaluminiumsilikatträgers mit
einer HPA-Washcoat hergestellt. Der Träger wurde in Luft bei 1200 °C 6 Stunden
vor der Imprägnierung
kalziniert. Der Träger
wurde in (1) einer wässerigen
Palladiumlösung
(NH3)4PdIICl2 und (2) einer
wässerigen
Kupferlösung
Cu(NO3)2 imprägniert.
Zwischen jeder Imprägnierung
wurde der Träger
bei 120 °C
getrocknet und bei 450 °C
kalziniert. Der Katalysator wurde dann bei 600 °C 6 Stunden kalziniert, dann
in einer Atmosphäre
aus Wasserstoff (1,0 nl/min) und Stickstoff (91,5 nl/min) bei 750 °C 1 Stunde
vor dem Testen reduziert.
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Die
Ziel-/nominalen Beschickungen des resultierenden Katalysators betrugen
0,2 Gew.-% Palladium und 0,5 Gew.-% Kupfer.
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Beispiel 7
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Der
Katalysator von Beispiel 6 wurde als ein Katalysator zur Dehydrierung
von Ethan unter Verwendung der Vorrichtung von 1 getestet.
Ein Quarzreaktor 12 wurde eingesetzt. Die Leistung dieses Katalysators
wurde mit der der drei anderen Katalysatoren: einer mit Pd als die
einzige Metallkomponente, ein zweiter, umfassend nur Pt, und ein
dritter Katalysator, umfassend Pt und Cu, verglichen. Die Reaktionsbedingungen
werden in Tabelle 5 zusammengefaßt. Die Ethanumwandlungen und
erhaltenen Selektivitäten
werden in Tabelle 6 zusammengefaßt.
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Beispiel 8 – Herstellung
von Pd/Ge-Katalysatoren
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In
diesem Beispiel wurden die Pd/Ge-Katalysatoren mit den folgenden
Atomverhältnissen
von Pd : Ge hergestellt: 1 : 5,8, 1 : 1 und 2 : 1. Die nominalen
Gewichtsprozentverhältnisse
von Pd : Ge dieser Katalysatoren betrugen 1 : 4, 1 : 0,74 bzw. 1
: 0,37.
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Die
Katalysatoren wurden durch aufeinanderfolgende Imprägnierung
von 30 ppi Keramikschaumblöcken
(Lithiumaluminiumsilikat mit Aluminiumoxid-Washcoat, vorkalziniert
in Luft bei 1200 °C)
mit wässerigem Tetraminpalladium(II)-chlorid
und Germaniumtetrachlorid in Ethanol hergestellt. Die eingesetzten
Schaumblöcke
waren 15 mm im Durchmesser und 30 mm in der Tiefe. Zwischen den
Imprägnierungen
wurden die Blöcke in
Luft bei 120 bis 140 °C
für ca.
30 Minuten getrocknet, in Luft bei 450 °C 30 Minuten kalziniert und
dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
Wenn die gesamte Imprägnierlösung auf
dem Schaum absorbiert worden ist, wurden die Blöcke in Luft bei 600 °C 6 Stunden
kalziniert.
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Vor
dem ATC-Testen wurden die Katalysatoren einer in situ-Reduktion
bei 750 °C
unter fließendem Wasserstoff
(ca. 1,0 nl/min) und Stickstoff (ca. 1,5 nl/min) für 1 Stunde
unterzogen.
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Beispiel 9
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Die
Katalysatoren von Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel A wurden als
Katalysatoren für
die oxidative Dehydrierung von Ethan getestet. Jeder Katalysator
wurde in der Vorrichtung von 1 angebracht,
und eine oxidative Dehydrierungsreaktion wurde unter den Bedingungen,
die in der nachstehenden Tabelle 7 zusammengefaßt werden, durchgeführt.
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Wie
in der nachstehenden Tabelle 8 gezeigt, waren die Ethylenselektivitäten der
Katalysatoren von Beispiel 8 größer als
die von Vergleichsbeispiel A.
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Beispiel 10 – Herstellung
von Pd/In-Katalysatoren
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In
diesem Beispiel wurde ein Pd/In-Katalysator mit einem Atomverhältnis von
Pd : In von 1 : 1 hergestellt.
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Schaumblöcke (Lithiumaluminiumsilikat
(LAS) mit einer Aluminiumoxid-Washcoat (28 mm Durchmesser zu 30
mm Tiefe, 30 Poren pro Inch)) wurden in Luft bei 1200 °C vorkalziniert,
um Porosität/Oberfläche, die mit
der Washcoat zusammenhängt,
zu entfernen. Die Blöcke
wurden dann von einer wässerigen
Lösung
aus Tetra-aminpalladium(II)-chloridnitrat und Indium(III)-nitrat
mit ausreichend Salz mehrmals imprägniert, um eine nominale Beschikkung
von 2 Gew.-% Palladium und 2,16 Gew.-% Indium zu erhalten, ausgehend
von einer 100%igen Absorption des Salzes auf dem Schaum. (Entspricht
einem Atomverhältnis
von Palladium zu Indium von 1 : 1). Die Imprägnierung wurde abwechselnd
aus den Pd- und In-Lösungen durchgeführt.
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Zwischen
den Imprägnierungen
wurde die überschüssige Lösung aus
den Schaumblöcken
entfernt und die Blöcke
wurden in Luft bei 120 bis 140 °C
getrocknet und dann in Luft bei 450 °C für ca. 30 Minuten kalziniert.
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Wenn
alle Lösungen
auf den Schäumen
absorbiert worden sind, wurden die Blöcke getrocknet und einer endgültigen Luftkalzinierung
bei 600 °C
für 6 Stunden
unterzogen.
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Beispiel 11
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Der
Katalysator von Beispiel 10 wurde in den Quarzreaktor beschickt
und dann einer in situ-Wasserstoffreduktion
bei 750 °C
für 1 Stunde
unterzogen.
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Der
Katalysator wurde dann als ein Katalysator zur oxidativen Dehydrierung
von Ethan getestet. Der Katalysator wurde in die Vorrichtung von 1 eingebracht,
und eine autotherme Krackreaktion wurde unter den Bedingungen, die
in der nachstehenden Tabelle 9 zusammengefaßt werden, durchgeführt.
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Die
nachstehende Tabelle 10 zeigt die Ethanumwandlung und Ethylenselektivität der Reaktion.
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