DE69302377T2 - Verfahren zur Herstellung von leichten Olefinen durch Dehydrierung der übereinstimmende Paraffinen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von leichten Olefinen durch Dehydrierung der übereinstimmende ParaffinenInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten Olefinen durch Dehydrieren der entsprechenden Paraffine, insbesondere von C&sub2;-C&sub5;-Paraffinen (Paraffine mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen). Olefine sind wichtige Zwischenprodukte bei der Herstellung von in breitem Umfang angewendeten Chemikalien, wie Polypropylen, Antiklopfadditive (MTBE), Benzine mit hoher Oktanzahl, alkylierte Derivate und zahlreiche andere Produkte.
- Ungeachtet des Anstiegs im Bedarf nach diesen Produkten ist die Ausbreitung der industriellen Verfahren zu deren Herstellung häufig durch die schlechte Verlügbarkeit von Olefinen, wie Isobuten, bei der MTBE-Herstellung beschränkt.
- Dieses lührte zum Auffinden anderer Quellen zur Olefinzuführung zusätzlich zu den traditionellen Quellen (FCC, Cracker). Von diesen ist eines, das angenommenermaßen eine zunehmend bedeutende Rolle spielen wird, die Dehydrierung von leichten Paraffinen. Dieses stellt, obgleich stöchiometrisch simpel, sowohl thermodynamische als auch kinetische Probleme dar.
- Die Reaktion ist endotherm und durch das thermodynamische Gleichgewicht reguliert. Sie erfordert z.B. eine über 500ºC liegende Temperatur, um C&sub2;-C&sub4;-Paraffine mit einer wirtschafilich annehmbaren Umwandlung pro Durchlauf zu dehydrieren. Darüber hinaus muß dem System Wärme zugeführt werden, um den endothermen Ahfordernissen der Reaktion zu genügen.
- Trotz der hohen Betriebstemperatur ist die Dehydrierungsrate niedrig, und es ist demzufolge notwendig, in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zu arbeiten. Dieser muß thermisch stabil sein und in der Lage sein, eine hohe Selektivität in Richtung auf die gewünschten Olefine sicherzustellen, und darüber hinaus muß er Isomerisierungsnebenreaktionen, das Cracken, das Verkoksen und die Aromatisierung verringern, und er muß industriell brauchbare Umwandlungsraten erzielen.
- Die unvermeidbare Bildung von Koks auf dem Katalysator führt zu einer fortschreitenden Verringerung in der katalytischen Aktivität, wodurch eine periodische Regenerierung erforderlich ist. Die Formulierung muß folglich eine hohe Stabilität sowohl unter Reaktions- als auch unter Regenerationsbedingungen besitzen.
- Zahlreiche Versuche sind durchgeführt worden, um katalytische Zusammensetzungen aufzuspüren, die in der Lage sind, die Anfordernisse dieses Verfahrens-Typs zu erfüllen.
- Diesbezüglich beschreibt die Patentliteratur zahlreiche katalytische Zusammensetzungen, die sowohl auf Edelmetallen oder Kombinationen von diesen mit anderen chemischen Spezies (US- 3 531 543; US-4 786 625; US-4 886 928; EP-351 067) als auch auf Metalloxide in Gegenwart von Promotoren, bestehend in den meisten Fällen aus trägergestütztem Cr&sub2;O&sub3; (US -2 945 823; US-2 956 030; US-2 991 255; GB-2 162 082) basieren.
- Allerdings weisen beide Formulierungsfamilien Nachteile auf Jene, die auf Edelmetallen basieren, erfordern eine spezielle Behandlung während der Regenerierung (US-4 438 288), um die Dehydrierungsaktivität der Metallspezies zu konservieren, wobei z.B. eine Nachbehandlung mit chlorierten Substanzen, gefolgt von einer Reduktion, angewandt wird. Jene, die auf Chromoxid basieren, erfordert hohe Oxidkonzentrationen mit damit einhergehenden Umweltproblemen, welche nur durch eine gewisse Prozeßkomplexität überwunden werden können. Darüber hinaus leiden die auf Chrom basierenden Katalysatoren darunter, daß sich die Aktivität mit der Zeit schnell verringert, wenn sie nicht in geeigneter Weise stabilisiert sind. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Patente veröffentlicht, in denen Gallium (oder Galliumverbindungen) enthaltende katalytische Zusammensetzungen verwendet worden sind, um Paraffine zu dehydrieren (US-4 056 576) oder Paraffine zu aromatisieren (AU-565 365; US-4 704 494; AU-509 285), wobei ungesättigte Verbindungen erhalten werden, und zwar mit geringer Umwandlung und geringer Olefinselektivität.
- Ein Patent zur Dehydrierung von Paraffinen (US-4 914 075) wurde ebenfalls veröffentlicht, welches Katalysatoren verwendet, die auf Edelmetallen plus Gallium basieren. Obgleich keine zählenmäßigen Informationen bezüglich der erhaltenen Betriebsleistung angeführt werden, beschreibt dieses letztere Patent ein Regenerierungsverfahren, das für ein Katalysator auf Platinbasis typisch ist, d.h., zusätzlich zum Ausbrennen des abgeschiedenen Koks werden halogenierte Verbindungen für die Wiederdispergierung der Metallspezien verwendet, gefolgt von einer Reduktion der Formulierung.
- Ein weiteres Patent, DE-2 628 262, zur Dehydrierung von Paraffinen wurde früher veröffentlicht, bei dem Katalysatoren verwendet werden, die Aluminiumoxid als Träger, Gallium, Indium und/oder Thallium (von 0,2 bis 1 Gew. -%) als Promotoren, Platin (von 0,2 bis 1 Gew.-%) und Alkalimetalle (von 0,2 bis 2 Gew.-%) enthalten, wobei dieses letztere Patent zu den gleichen Problemen der Regenerierung führt, wie sie für die oben angegebenen Publikationen angegeben wurden, insbesondere der Notwendigkeit der Wiederdispergierung von Metallspezien und der nachfolgenden Reduktion der Formulierung.
- Wir haben überraschenderweise herausgefunden, daß unter Verwendung eines besonderen katalytischen Systems, bestehend aus Gallium oder seinen Verbindungen, einer geringen - aus einem sehr begrenz:ten Bereich gewählten - Menge Platin und möglicherweise Alkali- oder Erdalkalimetallen, unterstützt von einem mit Kieselsäure modifizierten Tonerdeträger, wir in der Lage sind, den Regenerierungsschritt im Vergleich zu den auf Platin basierenden Katalysatoren zu vereinfachen, indem die Platinwiederdispergierung und die Formulierungsreduktion eliminiert werden, wobei eine Katalysatorleistung erhalten wird, die mit der der auf Platin basierenden katalytischen Systeme vergleichbar ist und gewiß besser als die der anderen Katalysatoren der vorstehend erwähnten Patente (US-4 056 576; AU-509 285; AU-565 365; US-4 704 494) ist.
- Das Verfahren zur Herstellung von leichten Paraffinen aus den entsprechenden Paraffinen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus der Umsetzung dieser Parafline in einem Reaktor, der bei einer Temperatur zwischen 450 und 800ºC, einem Druck zwischen 10,13 und 303,9 kPa (0,1 bis 3 atm absolut) und einer GHSV zwischen 100 und 10.000 h&supmin;¹ (Normal-Liter von Kohlenwasserstoff/h pro Liter Katalysator) betrieben wird, mit einem katalytischen System, enthaltend Gallium, Platin, möglicherweise ein oder mehrere Alkali- oder Erdalkalimetalle, und einen Träger, bestehend aus Tonerde, in der delta- oder theta-Phase oder delta- + theta- oder theta- + alpha- oder delta- + theta- + alpha-Phase, modifiziert mit Kieselsäure, wobei Gallium, angegeben als Ga&sub2;O&sub3;, in einer Menge zwischen 0,1 und 33,6 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,5%, Platin in einer Menge zwischen 1 und 99 ppm, vorzugsweise zwischen 5 und 50 ppm, die Alkalioder Erdalkalimetalle, angegeben als Oxid, in einer Menge zwischen 0 und 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1%, und die Kieselsäure in einer Menge zwischen 0,08 und 3 Gew.-% vorhanden ist, wobei der Rest 100% Tonerde ist, und Regenerieren des katalytischen Systems in einem Regenerator durch Ausbrennen des Koks, der sich auf der Oberfläche abgeschieden hat, bei einer Temperatur über 400ºC.
- Die Regenerierung wird in Luft und/oder Sauerstoff, möglicherweise unter Erhöhung der Temperatur des katalytischen Systems, auf einen geeigneten Wert, z.B. durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoffs, durchgeführt.
- Die Regenerierung muß nicht mittels Katalysatorreduktion oder mittels Wiederdispergierung, wie es im Falle der auf Platin basierenden katalytischen Systeme der Fall ist, durchgeführt werden, da wir im Gegensatz zu den Lehren des Stands der Technik gefünden haben, daß die Reduktion einen negativen Effekt hervorruft. Die Tatsache, daß die Reduktion nicht ausgeführt werden muß, führt zu einer Vereinfachung der Anlage und zu geringeren Betriebskosten.
- Es ist ratsam, ein Alkali- oder Erdalkalimetall, vorzugsweise Kalium, zu verwenden, um die Säureeigenschaften der Formulierung abzuschwächen, damit sekundäre Reaktionen, wie das Cracken, Verkoksen, Aromatisieren und Skelettisomerisierungen, verringert werden. Die Oberfläche des Trägers sollte vorzugsweise weniger als 150 m²/g betragen, bestimmt mittels des BET-Verfahrens.
- Das Verfahren zur Herstellung des vorstehend erwähnten katalytischen Systems besteht im wesentlichen aus dem Dispergieren einer Galliumverbindung auf einem Träger, bestehend aus Tonerde (in delta- oder theta-Phase oder in delta- + theta-Phase oder theta- + alpha-Phase oder delta- + theta- + alpha-Phase) und Kieselsäure.
- Einige Verfahren sind zur Dispergierung von Gallium und Platin auf dem Träger sind untenstehend aufgelistet, wobei die Erfindung allerdings nicht auf diese beschränkt ist.
- Das Dispergierverfahren kann aus dem Imprägnieren des Trägers mit einer Gallium- oder Platin- Vorstufen enthaltenden Lösung, gefolgt von Trocknung und Kalzinierung, oder aus einer ionischen Absorption, gefolgt von der Abtrennung der Flüssigkeit, Trocknen und Aktivierung des Feststoffs, oder aus einer Oberflächenadsorption von flüchtigen Gallium- und Platinspezies, plus einer möglichen Kalzinierung des Feststoffes bestehen.
- Von den vorstehend genannten sind die bevorzugten Verfahren die Imprägnierung mittels Anfangsnaßmethode (incipient wetness method) oder dem Eintauchen des Trägers in die die Vorstufen enthaltenden Lösung.
- Für den Fall, daß ein Alkali- oder Erdalkalimetall verwendet wird, sind im folgenden einige Verfahren zu deren Hinzugabe aufgeführt:
- - Coimprägnieren des Trägers
- - Hinzusetzen des Alkalimetalls zu dem Träger vor der Dispergierung des Gallium- und Platinvorläufers
- - Behandeln des Gallium und Platin enthaltenden Feststoffs mittels lonenaustausch, Imprägnierung usw. mit Alkalimetall.
- Wie bereits angemerkt, wird das Verfahren der Erfindung vorzugsweise in einem Wirbelbettsystem bzw. Fließbettsystem durchgeführt, welches im wesentlichen aus einem Reaktor, in dem die Dehydrierungsreaktion stattfindet, und einem Regenerator, in dem der Katalysator durch das Ausbrennen des Koks, welches während der Reaktion auf dessen Oberfläche abgeschieden worden ist, regeneriert wird, besteht. Der Katalysator zirkuliert kontinuierlich innerhalb des Reaktor-Regenerator-Systems zwischen dem Reaktor und dem Regenerator, wodurch ermöglicht wird, daß das Verfahren kontinuierlich abläuft, wobei die für die Reaktion erforderliche Wärme durch den regenerierten Katalysator bereitgestellt wird, der den Reaktor mit einer Temperatur erreicht, die höher als die durchschnittliche Reaktionstemperatur ist.
- Der Katalysator wird im Wirbelzustand innerhalb des Reaktors mittels des reagierenden Gases gehalten, welches in das katalytische Bett von unten mittels eines geeigneten Verteilersystems eintritt. Das reagierte Gas verläßt den Reaktor am oberen Teil, nach Hindurchführung durch ein Zyklon- System oder ein anderes für die Abtrennung von Staub geeignetes System; es kann dann einem Wärmeaustauscher zum Vorheizen der Einspeisung und dann dem Trennbereich zugeführt werden, wo das gebildete Olefin gewonnen wird, wohingegen das nicht umgesetzte Paraffin der Synthese rückgeführt werden kann, während die Nebenprodukte abgetrennt werden und inter alia in dem Regenerator als Heizgas verwendet werden kann. Wenn sich eine Veretherungsanlage stromabwärts von der Dehydrierung befindet, dient der Abtrennungsteil nur zur Eliminierung der Nebenprodukte.
- Im Reaktor bewegt sich der im Verwirbelungszustand befindliche Katalysator im Gegenstrom zur Gasphase. Er tritt in das katalytische Bett von oben durch einen Verteiler, welcher ihn gleichmäßig über die Bettoberfläche verteilt, ein und verläßt den Reaktor von unten, indem er durch Schwerkraft in einen Desorptionsbereich, der wiederum einen Teil des Reaktors bildet und von geringerem Durchmesser als oder vom gleichen Durchmesser wie der Reaktionsbereich ist, eintritt, und in dem das Gas zwischen den Teilchen verdrängt (shifted) wird, und das Gas innerhalb der Teilchen desorbiert wird zur Entladung (discharge) von Stickstoff oder Methan von unten, so daß das verdrängte oder desorbierte Gas in den Reaktor erneut eintritt, um einen Verlust an Reaktanten oder Produkt zu vermeiden. Dann wird der immer noch im verwirbelten Zustand befindliche Katalysator dem Regenerator pneumatisch zugeführt.
- In dem Wirbelbettreaktor sind die Betriebsbedingungen vorzugsweise wie folgt:
- - eine zwischen 450 und 650ºC gehaltene Temperatur, in Abhängigkeit von dem verarbeiteten Paraffin oder der Paraffinmischung, indem der regenerierte Katalysator flußreguliert wird;
- - atmosphärischer Druck oder etwas höher;
- - eine Raumgeschwindigkeit zwischen 100 und 1000 h&supmin;¹ (N-Liter Gas pro h pro Liter Katalysator) und vorzugsweise zwischen 150 und 200;
- - eine Katalysatorverweilzeit zwischen 5 und 30 Minuten und vorzugsweise zwischen 10 und 15 Minuten in dem Wirbelbettbereich, und zwischen 0,2 und 10 Minuten in dem Desorptionsbereich.
- Gitter mit einer freien Fläche zwischen 10 und 90% und vorzugsweise zwischen 20 und 40% können horizontal in verschiedenen Höhen innerhalb des Reaktors angebracht werden, und zwar in einem Abstand von 20 bis 200 cm. Der Zweck dieser Gitter ist es, es zu verhindern, daß Gas und Feststoff rückgemischt werden, so daß der Gasfluß innerhalb des Reaktors sich einem Kolbenfluß annähert. Dieses maximiert die Paraffinumwandlung und die Selektivität in Richtung auf das gewünschte Olefin.
- Die Selektivität kann ferner durch das axiale Temperaturprofil, welches sich entlang des Bettes entwickelt, maximiert werden, mit einer maximalen Temperatur im oberen Teil, wo der regene rierte Katalysator ankommt, und einer minimalen Temperatur im Bodenbereich. Der Temperaturunterschied entlang des Bettes liegt vorzugsweise zwischen 15 und 65ºC. Das axiale Temperaturprofil kann ebenfalls optimiert werden, indem der regenerierte Katalysator in verschiedenen Höhen innerhalb des Katalysatorbettes verteilt wird.
- Das pneumatische Zuführsystem zwischen dem Reaktor und dem Regenerator besteht aus einer Zuführanlage mit mindestens einem Bereich, in dem der Katalysator sich mit abwärts gerichteter Bewegung bewegt, wobei er vorzugsweise einen Zwischenzustand in einer minimalen Verwirbelung und einer minimalen Blasenbildung aufrechterhält, indem eine geeignete Menge an Gas in geeigneter Höhe eingeführt wird, und ein Bereich, in dem der Katalysator sich aufivärts richtend bewegt, bis er den oberen Bereich des Regenerator-Katalysatorbettes erreicht, indem Gas am Boden zugeführt wird, wodurch die Emulsionsdichte wesentlich verringert wird.
- Die Regeneratordimensionen sind vorzugsweise ähnlich denen des Reaktors.
- Ein geeigneter Diffüser verteilt den Katalysator aus dem Reaktor über die Oberfläche des Katalysatorbetts. Die Regenerierung findet innerhalb des Bettes durch Ausbrennen des Koks, welches sich auf dem Katalysator abgeschieden hat, statt, wobei der Katalysator durch die Verbrennung von Methan oder Heizgas mit Luft, Sauerstoff oder einem anderen die Verbrennung unterstützenden Gas auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als die durchschnittliche Temperatur innerhalb des Reaktors ist.
- Bevor er in den Reaktor eingeführt wird, wird der regenerierte Katalysator von den Verbrennungsprodukten desorbiert. Das Gas und der Feststoff werden ebenfalls im Gegenstrom innerhalb des Regenerators bewegt. Luft wird in den Boden des Katalysatorbetts eingeffihrt, und das Heiz gas wird in geeigneter Höhe entlang des Bettes eingeführt. Das den Regenerator verlassende Gas, bestehend aus Stickstoff und Verbrennungsprodukten, passiert Zyklone oder ein anderes im oberen Teil der Vorrichtung befindliches System zur Abtrennung des mitgeschleppten Staubes, und dann wird es nach Verlassen des Regenerators einem Wärmeaustauscher zum Vorheizen der Verbrennungsluft zugeführt.
- Bevor es in die Atmosphäre abgelassen wird, wird das Gas durch ein System von Filtern oder anderen Vorrichtungen zur Verringerung des Staubgehaltes auf einige zehntel (tenths) Milligramm pro Nm³ Gas geleitet.
- Während die katalytische Verbrennung bei einer Temperatur von weniger als 700ºC abläuft, ist der Gehalt an Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid des abgegebenen Gases dergestalt, daß keine weitere Reinigungsbehandlung erforderlich ist.
- Der Regenerator wird vorzugsweise bei atmosphärischem oder leicht höherem als atmospharischem Druck bei einer Raumgeschwindigkeit zwischen 100 und 1000 h&supmin;¹ und mit einer Verweilzeit des Feststoffes zwischen 5 und 60 Minuten und vorzugsweise zwischen 20 und 40 Minuten betrieben. Der regenerierte Katalysator wird dem Reaktor in gleicher Weise zugeführt, in der der verbrauchte Katalysator dem Regenerator zugeführt wird. Das in dieser Weise gedachte Reaktor- Regenerator-System ermöglicht, daß die Betriebsparameter und die Betriebsleistung während der gesamten technischen Lebensdauer der Anlage konstant gehalten werden. Teile des Katalysators werden periodisch aus dem System abgenommen und durch gleiche Teile an frischem Katalysator ersetzt, ohne daß jemals der Anlagenbetrieb unterbrochen wird.
- Die Vorteile des Wirbelbettreaktor-Regenerator-Systems können wie folgt zusammengefaßt werden:
- - das optimale Temperaturprofil in dem Reaktor maximiert die Olefinausbeute;
- - Wärme wird der Reaktion durch den regenerierten Katalysator direkt zugeführt. Es gibt keine Wärmetransferoberflächen, und das starke Mischen des Wirbelbettes verhindert die Bildung von Punkten mit hoher Temperatur, welche die Selektivität verringern könnten;
- - das Wirbelbettverfahren erfordert kein Wasserstoffrecycling, was vom thermodynamischen Gesichtspunkt nachteilig ist, aber in anderen Konfigurationen zur Aufrechterhaltung der Temperaturregulierung wesentlich ist;
- - alle Arbeitsschritte finden kontinuierlich statt, wobei es nicht notwendig ist, die Betriebsparameter während der gesamten Lebensdauer der Anlage zu ändern;
- - die Anlage kann mit beträchtlicher Flexibilität hinsichtlich der aktuellen gegenüber der beabsichtigten Produktivität betrieben werden;
- - die Reaktion und die Regeneration finden in räumlich getrennten Regionen statt, wobei es für die Kohlenwasserstofflüssen unmöglich ist, sich mit den Sauerstoff enthaltenden Flüssen zu mischen;
- - das Verfahren wird bei atmosphärischem oder leicht höheren als atmosphärischem Druck durchgeführt. Es gibt deshalb keine Möglichkeit der Luftinfiltration in die Reaktionszone von außen;
- - es ist keine besondere Behandlung zur Verringerung der Abgasemission erforderlich.
- Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Anwendung des vorstehend erwahnen Reaktor-Regenerator-Schemas.
- Die Kohlenwasserstoffspeisung 1 tritt in den Reaktor 2 mittels eines geeigneten Verteilers (nicht in der Figur gezeigt) ein, und das Reaktionsproduktgas passiert die Zyklone 3, um den Reaktor über die Leitung 4 zu verlassen. Der regenerierte Katalysator erreicht 5 am oberen Teil des Katalysatorbetts und verlaßt den Reaktor, um in den Desorber 6 einzutreten, wo er mit dem Desorptionsgas 7 in Kontakt tritt. Dann tritt der Katalysator in die Zuführleitung 8 ein, in der es dem Regenerator 10 zugeführt wird, um am oberen Teil des Katalysatorbetts zum Vorschein zu kommen. In diesem Falle ist eine einzelne Leitung zur Gaseinspeisung in die Zuführleitung bei 11 gezeigt. In dieser Anwendung ist die Zuführleitung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine U-förmige Verbindung zwischen dem abwärtsgerichteten Teil und dem aufwärtsgerichteten Teil besitzt. Der Katalysator bewegt sich entlang des Regenerators abwärts, tritt in den Desorber 12 ein, dann in die Zuführleitung 14 und wird in den Reaktor eingeführt. Die Regeneratorluft tritt bei 15 ein, das Heizgas bei 16 und das Desorptionsgas bei 17, und zwar in jedem Fall mittels eines geeigneten Verteilers (nicht in der Figur gezeigt). Nach Passieren der Zyklone 18 tritt das Gas bei 19 aus.
- Einige Beispiele werden hierin zum Zwecke der nicht beschränkenden Erläuterung der vorliegenden Erfindung angegeben.
- Ein mikrosphäroidales Pseudoboehmit mit hinzugesetzter Kieselsäure (1,2 Gew.-%) wird mit einem Teilchendurchmesser von 5 bis 300 µm hergestellt, indem ein Ludox-Tonerdehydrat und Kieselsäuresol sprühgetrocknet werden. Eine Probe des Pseudoboehmits wird einer thermischen Wärmebehandlung, bestehend aus dem anfänglichen Kalzinieren bei 450ºC während 1 Stunde, gefolgt von einer weiteren Kalzinierung bei 1060ºC während 8 Stunden in einer mit Dampf gesättigten Luftströmung, unterzogen. Das erhaltene Produkt besitzt eine spezifische Oberfläche von 90 m²/g, eine Porosität von 0,4 cm³/g und besteht im wesentlichen aus delta-, theta- plus alpha- Übergangs-Tonerde.
- 150 g dieser Tonerde werden mittels des Anfangsnaßverfähren imprägniert, und zwar mit 60 cm³ einer wäßrigen Lösung, die 6,92 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) in entionisiertem Wasser enthält.
- Die impragnierte Substanz wird 24 Stunden lang bei Umgebungstemperatur stehengelassen und dann 24 Stunden lang bei 120ºC getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde schließlich in einem trockenen Luftstrom bei 600ºC 4 Stunden lang aktiviert.
- Die Katalysatorzusannmensetzung besteht aus 1,2 Gew.% Ga&sub2;O&sub3;, 1,6 Gew.-% SiO&sub2; mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;, wobei Gallium als Oxid ausgedruckt ist.
- Ihre katalytische Leistung bei der Dehydrierung von Propan und Isobutan mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1, werden mittels des vorstehenden Verfahrens mit einer wäßrigen Lösung aus 6,90 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 1,32 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;-Lösung (0,25% Pt) in entionisiertem Wasser imprägniert. Die imprägnierte Substanz wird wie im vorangehenden Beispiel beschrieben behandelt, wodurch man einen Katalysator aus 1,2% Ga&sub2;O&sub3;, 0,002% Pt, 1,6% SiO&sub2; mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3; erhält.
- Seine katalytische Leistung bei der Dehydrierung von Propan und Isobutan ist in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1, werden mit einer wäßrigen Lösung aus 6,92 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 0,66 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;-Lösung (0,25% Pt) in entionisiertem Wasser impragmert. Die Impragmerung und nachfolgende Behandlung werden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Der resultierende Katalysator besitzt folgende Zusammensetzung: 1,2% Ga&sub2;O&sub3;, 0,001% Pt, 1,6% SiO&sub2; mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Seine katalytische Leistung bei der Dehydrierung von Propan ist in Tabelle 1 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1, werden mit einer wäßrigen Lösung aus 6,91 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 12 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;-Lösung (0,25% Pt) in entionisiertem Wasser imprägniert. Die Imprägnierung und die nachfolgende Behandlung werden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Der resultierende Katalysator besitzt folgende Zusammensetzung: 1,2% Ga&sub2;O&sub3;, 0,020% Pt, 1,6% SiO&sub2;, mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Seine katalytische Leistung bei der Dehydrierung von Propan ist in Tabelle 1 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, werden mit einer wäßrigen Lösung aus 3,51 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 1,32 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;- Lösung (0,25% Pt) in entionisiertem Wasser imprägniert. Die Imprägnierung und die nachfolgende Behandlung werden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Der resultierende Katalysator besitzt folgende Zusammensetzung: 0,6% Ga&sub2;O&sub3;, 0,002% Pt, 1,6% SiO&sub2;, mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Sein katalytisches Leistungsvermögen bei der Dehydrierung von Propan ist in Tabelle 1 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, werden mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit einer wäßrigen Lösung aus 15 g konzentrierter HCl, 2 g SnCl&sub2; 2H&sub2;O und 1,21 g H&sub2;PtCl&sub6; (0,25% Pt) imprägniert. Die impragnierte Substanz wurde getrocknet, 2 Stunden lang bei 500ºC in Luft kalziniert und dann 2 Stunden lang bei 600ºC in einem Wasserstoff/Stickstoff-Strom reduziert. Der Katalysator besitzt die folgende Zusammensetzung: 0,2% Pt, 0,7% Sn, 1,6% SiO&sub2;, mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Sein katalytisches Leistungsvermögen bei der Dehydrierung von Propan und Isobutan ist in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden mit einer 30 wäßrigen Lösung aus 3,50 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 1,50 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;- Lösung (10% Pt) in entionisiertem Wasser imprägniert. Die Imprägnierung und die nachfolgende Behandlung werden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Der resultierende Katalysator besitzt die folgende Zusammensetzung: 0,6% Ga&sub2;O&sub3;, 0,1% Pt, 1,6% SiO&sub2;, mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Sein katalytisches Leistungsvermögen bei der Dehydrierung von Propan ist in Tabelle 1 aufgeführt.
- 150 g mikrosphäroidale Tonerde, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden mittels des vorstehend erwähnten Verfahrens mit einer wäßrigen Lösung aus 6,9 g Ga(NO&sub3;)&sub3; xH&sub2;O (18,9% Ga) und 0,59 g KNO3 und 1,32 g einer wäßrigen H&sub2;PtCl&sub6;-Lösung (0,25% Pt) in entionisiertem Wasser impfagniert. Die impragmerte Substanz wird wie im vorstehenden Beispiel beschrieben behandelt, wodurch man einen Katalysator mit folgender Zusammensetzung erhielt: 1,2% Ga&sub2;O&sub3;, 0,002% Pt, 0,2% K&sub2;O, 1,6% SiO&sub2;, mit einem Rest auf 100% von Al&sub2;O&sub3;.
- Sein katalytisches Leistungsvermögen bei der Dehydrierung von Propan und Isobutan ist in Tabelle 1 bzw. Tabelle 2 aufgeführt.
- Die Produkte von Beispiel 1 bis 8 wurden in einem Quarz-Wirbelbettreaktor mit einem porösen Quarzbaffle getestet. Der katalytische Zyklus, das Verhalten eines industriellen Reaktors simulierend, umfaßt eine Reaktionsstufe, in der Kohlenwasserstoff eingespeist wird (Dauer: 15 Minuten), eine Strippstufe, in der Stickstoff hindurchgeleitet wird, um den Katalysator von adsorbierten Produkten zu befreien (10 Minuten), und eine Regenerierungsstufe, in der Regnerierungsgas zugeführt wird (Sauerstoff, Luft oder eine Mischung von den beiden, für gewöhnlich 30 Minuten). Die Regenerierungs- und Reaktionsstufe sind voneinander durch kurze Phasen des Stickstoffstrippens (5 Minuten) aus Sicherheitsgründen getrennt, da die Reaktion und die Regenerierung in dem gleichen Reaktor durchgeführt werden.
- Aufgrund der Anfordernisse an das industrielle Wirbelbett-Dehydrierungsverfähren, ist man gut beraten, die Regenerierung bei einer Temperatur über der Reaktionstemperatur auszuführen. In den Tests wurde bei 650ºC regeneriert, wohingegen die Reaktion bei 590ºC im Fall der Propan- Dehydrierung und bei 580ºC im Fall der Isobutan-Dehydrierung durchgeführt wurde.
- Die Reaktanten-Raumgeschwindigkeit beträgt 400 N-1/1 Kat. h.
- Die Reaktanteneinspeisung in den Reaktor wird auf das Gewicht bezogen bemessen. Der Effluent aus dem Reaktor während der Reaktions- und Strippstufen wird zuerst durch eine Kühlfalle geführt, um die schweren Produkte für eine anschließende Gewichsprozentbestimmung an Kohlenstoff und Wasserstoff zu erhalten, und dann in einem Mehrschicht-Probenbeutel gesammelt, die mit den besonderen Kohlenwasserstoffspezien nicht verwandt ist. Die Beutelinhalte werden dann mit einer Positiv-Verdrängungspumpe bestimmt und mittels Gaschromatographie analysiert.
- Schließlich wird nach dem 10-minütigen Strippen mit N&sub2; eine Katalysatorprobe entnommen, um die Menge an gebildetem Koks zu bestimmen. Die erhaltenen Daten werden in einen PC gegeben, um die Stoffbilanz, die Umwandlung und die Selektivität in Richtung auf die verschiedenen Produkte zu berechnen.
- Aus den Daten der Tabelle 1 kann deutlich die Bedeutung der im System vorliegenden Platinmenge ersehen werden. Das Leistungsvermögen fällt beträchtlich ab, wenn kein Platin vorhanden ist (Beispiel 1) oder wenn Platin in einer Menge von über 99 ppm vorliegt (Beispiele 4, 6 und 7).
- Das Beispiel 2 zeigt ebenfalls den negativen Effekt der stromabwärts liegenden Reduktion der Regenerierungsstufe im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 6, wobei sukzessive Reduktionen zu einem positiven Effekt führen. Die berichteten Beispiele zeigen, daß das primäre katalytische Element Gallium, als Metall oder Oxid, ist, wohingegen Platin als Promotoraktivator für die primären katalytischen Spezien wirkt. Schließlich zeigt Beispiel 8 das Vermögen von Kalium, die Selektivität in Richtung auf das gewünschte Olefin, insbesondere bei der Dehydrierung von Isobutan, zu erhöhen. TABELLE 1 Propandehydrierung: Katalysator nach 150 Stunden der Aussetzung dem katalytischen Zyklus, beschrieben im Text Beispiel Umwandlg. (%) Selektivität (Mol%) Ausbeute (Gew.) ç0,7 Gew.-% Zinn * nach der Reduktion mit H&sub2; bei 650ºC TABELLE 2 Isobutandehydrierung: Katalysator nach 155 Stunden der Aussetzung dem katalytischen Zyklus, beschrieben im Text Beispiel Umwandlg. (%) Selektivität (Mol%) i-C&sub4;H&sub8; Ausbeute (Gew.) ç 0,7 Gew.-% Zinn * nach der Reduktion mit H&sub2; bei 650ºC
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von leichten Olefinen durch
Dehydrieren der entsprechenden Paraffine, insbesondere von C&sub2;-C&sub5;-
Paraffinen, bestehend in der Umsetzung dieser Paraff ine in
einem Reaktor, der bei einer Temperatur zwischen 450 und 800ºC,
einem Druck zwischen 10,13 und 303,9 kPa (0,1 bis 3 atm
absolut) und einer GHSV zwischen 100 und 10000 h&supmin;¹ betrieben wird,
mit einem katalytischen Systein, enthaltend Gallium, Platin,
möglicherweise ein oder mehrere Alkali- oder Erdalkalimetalle,
und einen Träger, bestehend aus Tonerde, in der δ oder θ-Phase
oder in δ + θ - oder θ + α- oder δ + θ + α-Phase, modifiziert mit
Kieselsäure, wobei Gallium, angegeben als Ga&sub2;O&sub3; in einer Menge
zwischen 0,1 und 33,6 Gew.-%, Platin in einer Menge zwischen 1
und 99 ppm, die Alkali- oder Erdalkalimetalle, angegeben als
Oxid, in einer Menge zwischen 0 und 5 Gew.-% und die
Kieselsäure in einer Menge zwischen 0,08 und 3 Gew.-% vorhanden ist,
wobei der Rest auf 100 % Tonerde ist, und Regenerieren des
katalytischen Systems in einem Regenerator durch Ausbrennen des
Koks, der sich auf der Oberfläche abgeschieden hat, bei einer
Temperatur über 400ºC.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem katalytischen
System das Gallium, angegeben als Ga&sub2;O&sub3;, in einer Menge
zwischen 0,5 und 2,5 Gew.-%, das Platin in einer Menge zwischen 5
und 50 ppm, die Alkalimetalle in einer Menge zwischen 0,1 und 1
Gew.-% und die Kieselsäure in einer Menge zwischen 0,08 und
3 Gew.-% vorhanden sind, wobei der Rest auf 100 % Tonerde ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Alkalimetall
Kalium ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger eine
Oberfläche von weniger als 150 m²/g besitzt, bestimmt nach dem
BET-Verfahren.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
wobei der Reaktor und Regenerator vom Fließbett- bzw.
Wirbelbett-Typ sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dehydrierung
durchgeführt wird bei einer Temperatur zwischen 450 und 650ºC, bei
Atmosphärendruck oder etwas über Atmosphärendruck, bei einer
Raumgeschwindigkeit zwischen 100 und 1000 h und mit einer
Katalysatorverweilzeit innerhalb des Fluidbettbereichs zwischen
5 und 30 Minuten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Raumgeschwindigkeit
zwischen 150 und 200 h&supmin;¹ liegt und die Katalysatorverweilzeit
zwischen 10 und 15 Minuten.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei die
Regenerierung mit Luft oder Sauerstoff oder einem anderen, die
Verbrennung fördernden Gas, bei einer Temperatur durchgeführt
wird, die höher liegt als die mittlere Reaktortemperatur, bei
Atmosphärendruck oder etwas über Atmosphärendruck, bei einer
Raumgeschwindigkeit zwischen 100 und 1000 h&supmin;¹ und mit einer
Feststoffverweilzeit zwischen 5 und 60 Minuten.
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