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Hintergrund
der Erfindung
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In
einem Aspekt betrifft diese Erfindung eine trägergebundene Edelmetallkatalysatorzusammensetzung.
In einem anderen Aspekt betrifft diese Erfindung ein selektives
Hydrierungsverfahren für
Diolefine (Diene) unter Einsatz einer trägergebundenen Edelmetallkatalysatorzusammensetzung.
In noch einem weiteren Aspekt, betrifft diese Erfindung ein Verfahren
für die
selektive Hydrierung von 1,3-Butadien zu Butenen unter Einsatz einer
trägergebundenen
Edelmetallkatalysatorzusammensetzung.
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Katalysatoren,
die Palladium, Silber und ein Trägermaterial
umfassen, sind bekannte Dienhydrierungskatalysatoren. Zum Beispiel
offenbart die U.S.-Patentschrift
4,409,410 die Verwendung eines Pd/Ag/Al2O3-Katalysators für die selektive Hydrierung
von Butadien zu Butenen. Auch wenn trägergebundene Pd/Ag-Katalysatoren
wirkungsvolle Hydrierungskatalysatoren sind, besteht ein stetige
Notwendigkeit für
weitere Verbesserungen (z.B. für
eine verbesserte Selektivität
für Monoolefine
und/oder erhöhte
Katalysatorlebensdauer). Die vorliegende Erfindung richtet sich
auf verbesserte modifizierte Katalysatorzusammensetzungen und ihre
Verwendung bei Verfahren für
die selektive Hydrierung von Diolefinen zu Monoolefinen, vorzugsweise
von 1,3-Butadien zu Butenen.
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EP-A
0 689 872 betrifft einen palladium- und silberhaltigen Katalysator
für die
selektive Hydrierung von Acetylen. Jedoch befasst sich die Schrift
mit Katalysatoren, welche in einem Nassreduktionschritt durch Inkontaktbringen
des Katalysators mit einer flüssigen
Zusammensetzung, die mindestens ein wirksames Reduktionsmittel umfasst,
bei einer Temperatur von bis zu 60°C behandelt wurden. Weiterhin
erwähnt
das Dokument kein Verfahren zur selektiven Hydrierung mindes tens
eines vier bis zehn Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltenden Diolefins durch
Einsetzen einer Palladium, Silber, mindestens ein Alkalimetallfluorid
und mindestens ein anorganisches Trägermaterial umfassenden Katalysatorzusammensetzung.
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Im
Hinblick auf EP-A 0 689 872 enthält
der vorliegende Text zwei Ausführungen
der Ansprüche,
wobei sich eine Ausführung
auf den Vertragsstaat AT richtet, wobei es sich bei der vorstehend
erwähnten
Schrift nicht um den Stand der Technik handelt, und sich die zweite
Ausführung
der Ansprüche
auf die übrigen
wie in der Anmeldung benannten Vertragsstaaten richtet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte palladium-/silberhaltige
Katalysatorzusammensetzung bereitzustellen. Es ist eine andere Aufgabe
dieser Erfindung, diese verbesserte Katalysatorzusammensetzung bei
der selektiven Hydrierung von Diolefinen zu Monoolefinen einzusetzen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, diese verbesserte
Katalysatorzusammensetzung bei der selektiven Hydrierung von 1,3-Butadien
zu Butenen einzusetzen. Andere Aufgaben und Vorteile sind aus der
detaillierten Beschreibung und den anhängigen Ansprüchen ersichtlich.
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Erfindungsgemäß wird eine
Katalysatorzusammensetzung bereitgestellt, welche (a) mindestens
ein palladiumhaltiges Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Palladiummetall und Palladiumverbindungen, (b) mindestens ein
silberhaltiges Material, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Silbermetall und Silberverbindungen,
(c) mindestens ein Alkalimetallfluorid und (d) mindestens ein anorganisches
Trägermaterial
umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
bei dem anorganischen Träger
um Aluminiumoxid und bei dem Alkalimetallfluorid um Kaliumfluorid.
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Ebenso
wird erfindungsgemäß ein verbessertes
Verfahren zur selektiven Hydrierung von C4-C10-Diolefinen mit Wasserstoffgas zu den entsprechenden
C4-C10- Monoolefinen mit
der Katalysatorzusammensetzung dieser Erfindung durchgeführt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird 1,3-Butadien (das stärker
bevorzugt in kleinen Mengen in butenhaltigen Gasströmen vorliegt)
mit Wasserstoffgas in Gegenwart der Katalysatorzusammensetzung dieser
Erfindung zu mindestens einem Buten selektiv hydriert.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
umfasst (besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus) (a) Palladiummetall
und/oder zumindest eine Palladiumverbindung (vorzugsweise Palladiumoxid),
(b) Silbermetall und/oder zumindest eine Silberverbindung (vorzugsweise
Silberoxid), (c) mindestens ein Alkalimetallfluorid (vorzugsweise
Kaliumfluorid) und (d) ein anorganisches Trägermaterial, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid,
Zirkoniumoxid, Aluminiumsilicaten, Zinkaluminat, Zinktitanat und
Gemischen aus zwei oder mehr als zwei dieser Verbindungen, vorzugsweise
Aluminiumoxid, stärker bevorzugt
alpha-Aluminiumoxid. Im Allgemeinen umfasst die Katalysatorzusammensetzung
0,01–2
(vorzugsweise etwa 0,05–0,6)
Gew.-% Pd, etwa 0,02–10
(vorzugsweise etwa 0,1–5)
Gew.-% Ag und etwa 0,05–10
(vorzugsweise etwa 0,2–5)
Gew.-% Alkalimetall (vorzugsweise K). Die Katalysatorteilchen können jede
beliebige geeignete Form aufweisen (kugelförmig, zylinderförmig, trilobal
und dergleichen) und sind vorzugsweise entweder Kugeln oder zylinderförmige Extrudate.
Die Katalysatorteilchen können
jede beliebige geeignete Teilchengröße aufweisen und weisen im
Allgemeinen eine Größe von etwa
1–10 mm
(vorzugsweise etwa 2–6
mm) auf. Die Katalysatorteilchen können jeden beliebigen geeigneten
Oberflächenbereich
aufweisen (gemessen durch das BET-Verfahren durch Brunauer, Emmett
und Teller unter Einsatz von N2) und weisen
im Allgemeinen einen Oberflächenbereich
von etwa 1–200
(vorzugsweise etwa 10–100)
m2/g auf.
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Die
Katalysatorteilchen können
durch jedes beliebige geeignete Mittel hergestellt werden. Die Aktivatorbestandteile
(a), (b) und (c) können
auf dem anorganischen Trägermaterial
abgeschieden und/oder durch jedes beliebige geeignete Mittel und
in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge darin eingebracht werden. Zum
Bei spiel kann das Alkalimetallfluorid in das Trägermaterial eingebracht werden,
gefolgt von der Imprägnierung
des fluoridhaltigen Trägermaterials
mit Pd- und Ag-Verbindungen
(wie H2PdCl4 und
AgNO3) nacheinander in beliebiger Reihenfolge
oder gleichzeitig, gefolgt vom Trocknen und Calcinieren der auf
diese Weise imprägnierten
Zusammensetzung. Oder eine trägergebundene
Palladiumkatalysatorzusammensetzung (vorzugsweise eine Pd/Al2O3-Zusammensetzung,
welche im Handel z.B. von Mallinckrodt Specialty Chemicals Company,
Erie, PA erhältlich
ist) kann mit einer Silberverbindung und einem Alkalimetallfluorid
entweder nacheinander in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig
imprägniert
werden, gefolgt vom Trocknen und Calcinieren der auf diese Weise
imprägnierten
Zusammensetzung. Aus überwiegend
wirtschaftlichen Gründen
ist es gegenwärtig
nicht bevorzugt, die Katalysatorzusammensetzung durch ein Verfahren
herzustellen, welches einen zusätzlichen
Nassreduktionsschritt bei niedriger Temperatur (d.h. eine Behandlung
mit einem in einem flüssigen
Medium gelösten
oder dispergierten Reduktionsmittel bei einer Temperatur von bis
zu etwa 60°C)
einschließt.
Vorzugsweise wird die Katalysatorzusammensetzung dieser Erfindung
durch Einbringen von Alkalimetallfluorid in einen trägergebundenen
Pd/Ag-haltigen Basiskatalysator wie nachstehend beschrieben hergestellt.
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Bei
dem bevorzugten Ausgangsmaterial (auch als „Basiskatalysator" bezeichnet), welches
erfindungsgemäß durch
Einbringen eines Alkalimetallfluorids darin verbessert werden soll,
kann es sich um jede beliebige trägergebundene palladium- und silberhaltige
Zusammensetzung handeln. Bei der Basiskatalysatorzusammensetzung
kann es sich um einen frischen Butadien-Hydrierungskatalysator oder
eine gebrauchte und danach oxidativ regenerierte Butadien-Hydrierungskatalysatorzusammensetzung
oder eine Butadien-Hydrierungskatalysatorzusammensetzung,
welche vorher mit einem Nassreduktionsmittel (wie gelöstes Formaldehyd,
Ameisensäure,
Ascorbinsäure,
Dextrose, Hydrazin, Alkalimetallborhydrid und dergleichen) bei einer
niedrigen Temperatur von bis zu etwa 60°C (vorzugsweise etwa 10–50°C) wie in
Beispiel I beschrieben behandelt wurde, handeln. Allgemein kann
der Basiskatalysator etwa 0,01–2
(vorzugsweise etwa 0,05–0,6)
Gew.-% Pd, etwa 0,02–10
(vorzugsweise etwa 0,1–5)
Gew.-% Ag und ein geeignetes festes anorganisches Trägermaterial, vorzugsweise Aluminiumoxid
(stärker
bevorzugt alpha-Aluminiumoxid) enthalten. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von
Ag:Pd im Katalysator etwa 1:1 bis etwa 20:1, stärker bevorzugt etwa 2:1 bis
etwa 10:1. Die trägergebundenen
Pd/Ag-Basiskatalysatorteilchen
können
jede beliebige Form aufweisen und sind vorzugsweise kugelförmige Pellets
oder zylinderförmige
Exrtudate. Die Größe dieser
trägergebundenen
Pd/Ag-Basiskatalysatorteilchen beträgt im Allgemeinen etwa 1–10 mm,
vorzugsweise etwa 2–6
mm, und ihre Oberfläche
beträgt
im Allgemeinen etwa 1–200
m2/g.
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Im
bevorzugten Herstellungsverfahren der Katalysatorzusammensetzung
dieser Erfindung wird ein Pd/Ag-haltiger Basiskatalysator (vorstehend
beschrieben) mit einer Lösung
(vorzugsweise wässrig)
von mindestens einem Alkalimetallfluorid (vorzugsweise KF) bei solchen
Bedingungen in Kontakt gebracht, dass etwa 0,05–10 (vorzugsweise etwa 0,2–5) Gew.-%
Alkalimetall (vorzugsweise Kalium) in die Katalysatorzusammensetzung
eingebracht werden. Im Allgemeinen beträgt die Konzentration des Alkalimetallfluorids
in der Kontakt- (Imprägnier-)
-Flüssigkeit
etwa 0,1–10
mol/l (vorzugsweise etwa 0,2–3
mol/l). Bei dem bevorzugten Kontaktverfahren handelt es sich um
eine „einleitende
Nassimprägnierung", d.h. ein im Wesentlichen
vollständiges Füllen der
Poren des Basiskatalysators mit der Alkalimetallfluoridlösung. Im
Allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis der Lösung zur festen Basiskatalysatorzusammensetzung
im Bereich von etwa 0,2:1 bis etwa 2:1, vorzugsweise etwa 0,4:1
bis etwa 1:1 (abhängig
von der Fluoridkonzentration der Imprägnierlösung und dem gewünschten
Alkalimetallfluoridgehalt in der Katalysatorzusammensetzung dieser
Erfindung). Danach wird die Katalysatorzusammensetzung im Wesentlichen
getrocknet (vorzugsweise bei etwa 50–150°C für eine Dauer von etwa 0,5–20 Stunden)
und (vorzugsweise in einer oxidierenden Gasatmosphäre, stärker bevorzugt
Luft) bei einer Temperatur von etwa 300–600°C (vorzugsweise etwa 300–500°C) für eine Dauer
von etwa 0,2–20 Stunden
(vorzugsweise etwa 1–8
Stunden) gebrannt.
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Die
Katalysatorzusammensetzung dieser Erfindung wird vorzugsweise bei
der selektiven Hydrierung von 4–10
Kohlenstoffatome pro Molekül
enthaltenden Diolefinen zu den entsprechenden 4–10 Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltenden Monoolefinen,
insbesondere von 1,3-Butadien zu hauptsächlich Butenen (Buten-1, Buten-2)
eingesetzt. Die calcinierte Katalysatorzusammensetzung dieser Erfindung
kann bei diesem selektiven Hydrierungsverfahren direkt eingesetzt
werden. Es ist jedoch bevorzugt, den Katalysator zuerst mit einem
Reduktionsgas wie Wasserstoffgas zu behandeln, da der optimale Vorgang
der selektiven Hydrierung nicht beginnt, bevor eine beträchtliche
Reduktion des katalytischen Metalls stattgefunden hat. Typischerweise wird
die Reduktion bei einer Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa
100°C für eine Dauer
von mindestens 10 Minuten (vorzugsweise 1–10 Stunden) durchgeführt.
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Nicht
beschränkende
Beispiele für
4–10 Kohlenstoffatome
pro Molekül
enthaltende Diolefine, welche im Verfahren dieser Erfindung hydriert
werden können,
schließen
1,2-Butadien, 1,3-Butadien, Isopren, 1,2-Pentadien, 1,3-Pentadien,
1,2-Hexadien, 1,3-Hexadien,
1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 2-Methyl-1,2-pentadien, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien,
Heptadiene, Octadiene, Nonadiene, Decadiene, Cyclopentadien, Cyclohexadien,
Methylcyclopentadiene, Cycloheptadiene, Methylcyclohexadiene, Dimethylcyclopentadiene,
Ethylcyclopentadiene, Octadiene, Methylheptadiene, Dimethylhexadiene,
Ethylhexadiene, Trimethylpentadiene, Methyloctadiene, Dimethylheptadiene,
Ethylheptadiene, Trimethylheptadiene und Gemische aus einem oder
zwei dieser Diolefine ein. Derzeit werden 4–6 Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltende
Diolefine bevorzugt.
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Die
diolefinhaltige Zufuhr für
das Hydrierungsverfahren dieser Erfindung kann auch andere Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Monoolefine enthalten. Nicht beschränkende Beispiele für solche
Monoolefine, welche in der Zufuhr mit einem Gehalt von mindestens
30 Vol.-% vorliegen können,
schließen
Ethylen, Propylen, 1-Buten, 2-Buten, Isobutylen, 1-Penten, 2-Penten,
Methyl-1-butene (wie 2-Methyl-1-buten),
Methyl-2-butene (wie 2-Methyl-2-buten), 1-Hexen, 2-Hexen, 3-Hexen, Methyl-1-pentene,
2,3-Dimethyl-1-buten, 1-Hepten, 2-Hepten, 3-Hepten, Methyl-1-hexene,
Methyl-2-hexene, Methyl-3-hexene, Dimethylpentene, Ethylpentene, Octene,
Methylheptene, Dimethylhexene, Ethylhexene, Nonene, Methyloctene,
Dimethylheptene, Ethylheptene, Trimethylhexene, Cyclopenten, Cyclohexen,
Methylcyclopentene, Cyclohepten, Methylcyclohexene, Dimethylcyclo pentene,
Ethylcyclopentene, Cyclooctene, Methylcycloheptene, Dimethylcyclohexene,
Ethylcyclohexene, Trimethylcyclohexene, Methylcyclooctene, Dimethylcyclooctene,
Ethylcyclooctene und Gemische aus zwei oder mehr als zwei dieser
Monoolefine ein. Derzeit werden 4–6 Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltende Monoolefine
bevorzugt.
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Die
Fluidzufuhr (welche flüssig
oder gasförmig
bei den Hydrierungsbedingungen dieses Verfahren sein kann) enthält im Allgemeinen
etwa 0,01–70
mol-% mindestens eines Diolefins, vorzugsweise etwa 0,01 bis etwa
10 mol-% mindestens eines Diolefins. Im Allgemeinen umfasst die
Fluidzufuhr mindestens ein Diolefin und zusätzlich mindestens ein Monoolefin,
vorzugsweise etwa 30–99,9
mol-% mindestens eines Monoolefins. Jedoch liegt es innerhalb des
Umfangs dieser Erfindung, mehr als etwa 70 mol-% mindestens eines
Diolefins enthaltende Zufuhren oder sogar im Wesentlichen aus mindestens
einem Diolefin bestehende Zufuhren einzusetzen. Ebenso kann die
Zufuhr geringe Mengen (im Allgemeinen weniger als etwa 0,01 mol-%)
Schwefelverbindungen (wie H2S, Mercaptane,
organische Sulfide) und/oder Kohlenmonoxid (ebenso im Allgemeinen weniger
als etwa 0,01 mol-%) als Verunreinigungen enthalten.
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Das
selektive Hydrierungsverfahren dieser Erfindung wird im Allgemeinen
durch Inkontaktbringen eines mindestens ein Diolefin und molekularen
Wasserstoff enthaltenden Zufuhrstroms mit dem Katalysator (im Allgemeinen
in einem Festbett enthalten) durchgeführt. Im Allgemeinen werden
etwa 1–10
mol Wasserstoff für jedes
Mol Diolefin eingesetzt. Die für
das selektive Hydrierungsverfahren dieser Erfindung erforderliche
Temperatur hängt
weitgehend von der Aktivität
des Katalysators und dem gewünschten
Diolefin-Hydrierungsgrad ab. Im Allgemeinen werden Temperaturen
im Bereich von etwa 35°C
bis etwa 200°C
verwendet. Ein geeigneter Reaktionsdruck liegt im Allgemeinen im
Bereich von etwa 20 bis 2000 Pfund pro geeichten Quadratzoll Überdruck
(pounds per square inch gauge; psig). Die stündliche Raumgeschwindigkeit
(Katalysatorbeladung) der Flüssigkeit
(liquid hourly space velocity; LHSV) der Kohlenwasserstoffzufuhr
kann über
einen breiten Bereich variieren. Typischerweise liegt die Raumgeschwindigkeit
der Zufuhr in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 100 Liter Kohlenwasserstoffzufuhr
pro Liter Katalysator pro Stunde, stärker bevorzugt etwa 20 bis
etwa 80 Liter/Liter/Stunde. Die Bedingungen für das Hydrierungsverfahren
sollten derart sein, dass eine beträchtliche Hydrierung von Monoolefinen
(die durch die Hydrierung von Diolefinen gebildet werden und/oder
anfänglich
in der Zufuhr vorliegen) zu Parafinen vermieden wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
des selektiven Hydrierungsverfahrens dieser Erfindung werden ein
1,3-Butadien enthaltender Kohlenwasserstoffzufuhrstrom und molekularer
Wasserstoff mit dem Katalysator (im Allgemeinen in einem Festbett
enthalten) in Kontakt gebracht. Häufig enthält die Kohlenwasserstoffzufuhr
Butene als die hauptsächlichen
Bestandteile (umfassend mehr als etwa 50 Gew.-%) und 1,3-Butadien
als Nebenbestandteil (vorliegend mit einem Gehalt von etwa 0,01
bis etwa 10 Gew.-% Butadien). Vorzugsweise setzt dieses Hydrierungsverfahren
etwa 1–2
mol H2 pro Mol 1,3-Butadien ein. Die für die selektive
Hydrierung von 1,3-Butadien erforderliche Temperatur hängt weitgehend
von der Aktivität
des Katalysators und dem gewünschten
Grad der 1,3-Butadienhydrierung ab und liegt im Allgemeinen im Bereich
von etwa 35°C
bis etwa 100°C.
Es kann jeder beliebige Reaktionsdruck eingesetzt werden. Im Allgemeinen
liegt der Gesamtdruck im Bereich von etwa 3,45 bis 70 bar Überdruck
(50 bis 1000 Pfund pro Quadratzoll Überdruck (psig)). Die stündliche
Raumgeschwindigkeit der Flüssigkeit
(LHSV) der Kohlenwasserstoffzufuhr kann ebenso über einen breiten Bereich variieren.
Typischerweise liegt die Raumgeschwindigkeit im Bereich von etwa
3 bis etwa 100 Liter Kohlenwasserstoffzufuhr pro Liter Katalysator
pro Stunde, stärker
bevorzugt etwa 20 bis etwa 80 Liter/Liter/Stunde. Die Bedingungen
für das
Hydrierungsverfahren sollten derart sein, dass eine beträchtliche
Hydrierung von Butenen zu Butan vermieden wird.
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Die
Regenerierung der Katalysatorzusammensetzung dieser Erfindung (nachdem
sie in einem Diolefin-Hydrierungsverfahren eingesetzt wurde) kann
durch Erwärmen
des Katalysators in einem oxidierenden Gas, vorzugsweise Luft, bei
einer Temperatur von vorzugsweise nicht mehr als 700°C (vorzugsweise
bei einer Temperatur von etwa 500–650°C) für eine Zeitdauer im Bereich
von etwa 10 Minuten bis etwa 20 Stunden, um jegliches abgelagertes
oder adsorbiertes organisches Ma terial (z.B. polymere Substanzen)
abzubrennen oder zu verkohlen, durchgeführt werden. Der regenerierte
Katalysator kann im Allgemeinen nach der Reduktion mit Wasserstoff
im selektiven Hydrierungsverfahren dieser Erfindung wie vorstehend
beschrieben erneut eingesetzt werden.
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Die
folgenden Beispiele sind zur weiteren Veranschaulichung dieser Erfindung
bereitgestellt und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den
Umfang dieser Erfindung übermäßig beschränken.
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Beispiel I
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung verschiedener palladiumhaltiger
Katalysatoren und ihre Verwendung bei der selektiven Hydrierung
von 1,3-Butadien
zu Butenen.
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Katalysator
A1 (Kontrolle) war ein Pd/Ag/Al2O3-Katalysator, welcher durch die Calsicat
Catalyst Division of Mallinckrodt Specialty Chemicals Company, Erie,
PA bereitgestellt wurde. Dieser Katalysator wies einen BET/N2-Oberflächenbereich
von 35 m2/g, eine Schüttdichte von 0,90 cm3/g und eine Teilchengröße von 8–14 Maschen auf. Er enthielt
0,28 Gew.-% Pd und 1,85 Gew.-% Ag.
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Katalysator
A2 (Kontrolle) wurde durch das folgende Verfahren in einem R&D-Labor von Phillips
Petroleum Company, Bartlesville, OK, hergestellt: 20,03 Gramm eines
Pd/Al2O3-Katalysators
(Kugeln von 1/16 Zoll, enthaltend etwa 0,3 Gew.-% Pd, vertrieben
durch Calsicat unter der Produktbezeichnung „E-143SDU") wurden für eine Dauer von etwa 1 Stunde
in 22 cm3 einer wässrigen Lösung, enthaltend 1,03 Gramm
AgNO3 getaucht. Danach wurde die überschüssige Lösung abgeleitet,
der getränkte
Katalysator bei 190°F über eine Dauer
von mehreren Stunden getrocknet und der getrocknete Katalysator
an Luft bei 370°C über eine
Dauer von 5 Stunden gebrannt. Dieser Katalysator enthielt 0,35 Gew.-%
Pd und 3,0 Gew.-% Ag.
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Katalysator
B (Erfindung) wurde durch Tränken
von 80,17 Gramm Calsicat E-143SDU
(vorstehend beschrieben) mit einer wässrigen Lösung von 4,08 Gramm AgNO3 in 72,3 Gramm H2O
für eine
Dauer von 1,5 Stunden hergestellt. Die überschüssige Flüssigkeit wurde vom Ag-imprägnierten
Katalysator abgeleitet, welcher dann bei 82,2°C (180°F) für eine Dauer von mehreren Tagen
getrocknet und über
eine Dauer von 4,5 Stunden bei 370°C an Luft gebrannt wurde. Dann
wurden 20,07 g dieses Pd/Ag/Al2O3-Katalysatormaterials in 30 cm3 einer
Formaldehydlösung,
enthaltend etwa 37 Gew.-% Formaldehyd, etwa 17 Gew.-% Methanol und etwa
46 Gew.-% Wasser, getaucht. Etwa 0,5 g festes KOH wurde diesem Gemisch
aus Katalysator und Formaldehydlösung
zugesetzt, welche dann für
eine Dauer von 45 Minuten gerührt
wurde. Danach wurde diesem Gemisch ein weiteres Aliquot von etwa
0,5 g festem KOH zugesetzt. Nach den Tränken für eine Dauer von 20 Minuten
wurde die überschüssige Flüssigkeit
abgeleitet, der Katalysator zweimal mit Methanol und dann zweimal
mit destilliertem Wasser (bis das Filtrat einen pH-Wert von etwa
7 aufwies) gewaschen. Dieser nassreduzierte Katalysator von welchem
KOH durch das vorstehende Waschverfahren entfernt wurde, wurde bei 82,2°C (180°F) über Nacht
getrocknet. Der getrocknete Katalysator wurde dann mit einer Lösung von
0,441 g KF in 14,15 g H2O imprägniert.
Ein großer
Teil des Wassers wurde aus dem Gemisch durch Erwärmen bei 82,2°C (180°F) (ohne
die überschüssige Flüssigkeit
vorher abzuleiten) entfernt. Der erhaltene KF- imprägnierte
Pd/Ag/Al2O3-Katalysator
wurde dann über
Nacht bei 132°C
getrocknet und an Luft bei 370°C über eine
Dauer von 3 Stunden gebrannt. Katalysator B enthielt etwa 0,28 Gew.-%
Pd, etwa 2,6 Gew.-% Ag und etwa 1,3 Gew.-% K.
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Die
vorstehend beschriebenen Katalysatormaterialien wurden durch das
nachstehende Verfahren auf die selektive Hydrierung von 1,3-Butadien
getestet. Etwa 20 cm3 von jedem Katalysator
wurden in ein Edelstahlreaktorrohr mit einem Innendurchmesser von
1,27 cm (0,5 Zoll) und einer Länge
von etwa 45,7 cm (18 Zoll) gegeben. Thermoelemente wurden in die
Deckel- und Bodenbereiche des Katalysatorbetts, welches durch einen
externen Ofen erwärmt
wurde, eingesetzt. Die Kohlenwasserstoffzufuhr war flüssig und
enthielt etwa 5,1 mol-% 1,3-Butadien, etwa 16,4 mol-% cis-Buten-2,
etwa 27,4 mol-% trans-Buten-2, etwa 44,1 mol-% Buten-1, etwa 6,8
mol-% n-Butan und etwa 0,1 Gew.-% C6+-Kohlenwasserstoffe.
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Wasserstoffgas
wurde so mit der flüssigen
Kohlenwasserstoffzufuhr zugeführt,
wodurch ein H
2/Butadien-Molverhältnis von
etwa 1:1 bereitgestellt wurde. Der Gesamtdruck im Reaktor wurde
bei etwa 35 bar (500 psig) gehalten. Das Produktgas wurde alle 1–3 Stunden
mittels eines Gaschromatographen analysiert. Entsprechende Verfahrensparameter
und Testergebnisse sind in Tabelle I zusammengefasst.
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Die
Testdaten in Tabelle I zeigen deutlich, dass die Aktivierung eines
Pd/Ag/Al2O3-Katalysators
mit KF (resultierend in Katalysator B) eine bleibende günstige Wirkung
auf die erlangte 1,3-Butadienumwandlung zu und Selektivität für Butene(n)
(kombinierte Ausbeuten von Buten-1 und Buten-2 geteilt durch die
Butadienumwandlung) gegenüber
den Kontrollkatalysatoren A1 und A2 (Pd/Ag/Al2O3, welche nicht mit KF behandelt wurden)
aufwies. Diese Testdaten zeigen auch, dass während des Erfindungstests,
welcher etwa 24 Stunden dauerte, Katalysator B, wie durch einen
ziemlich geringen Abfall in der Butadienumwandlung gezeigt, eine
gute katalytische Stabilität
und tatsächlich
einen leichten Anstieg in der Selektivität für die erwünschten Butene aufwies. Folglich
blieb die Butenausbeute (Umwandlung mal Selektivität für Butene)
ungefähr
konstant. Zusätzliche
Testdaten (hier nicht beschrieben) zeigten, dass die Aktivierung
von Kontrollkatalysator A1 (Pd/Ag/Al2O3) mit einer anderen Kaliumverbindung, KOH,
zu einen Katalysator führte,
welcher, wie durch einen deutlichen Abfall der katalytischen Aktivität und durch
Probleme bei der Verfahrenssteuerung (insbesondere der Temperatursteuerung)
gezeigt, eine unzulängliche
Stabilität
bei einem längeren
Butadienhydrierungstest aufwies.
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Beispiel II
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Dieses
Beispiel veranschaulicht weiter die Verwendung einer anderen mit
KF behandelten Pd/Ag/Al2O3-Zusammensetzung
als Katalysator bei der selektiven Hydrierung von 1,3-Butadien.
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Katalysator
C (Erfindung) wurde durch Tränken
von 20,15 g Katalysator A1 (Pd/Ag/Al2O3, offenbart in Beispiel I) mit einer wässrigen
Lösung
aus 1,448 g KF in 14,3 g destilliertem Wasser hergestellt. Das erhaltene Material
wurde bei 82,2°C
(180°F)
für eine
Dauer von mehreren Stunden getrocknet und bei 235°C über eine Dauer
von 1,5 Stunden gebrannt.
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Katalysator
C wurde als Katalysator bei der selektiven Hydrierung von 1,3-Butadien zu Butenen
im Wesentlichen gemäß dem in
Beispiel I beschriebenen Verfahren getestet, außer dass die flüssige Kohlenwasserstoffzufuhr
36,4 mol-% 1,3-Butadien, 13,1 mol-% trans-Buten-2, 13,2 mol-% cis-Buten-2, 30,2 mol-% Buten-1,
7,2 mol-% n-Butan und 0,01 mol-% C6+-Kohlenwasserstoffe
enthielt. Der Reaktorgesamtdruck betrug etwa 500 psig. Die Zufuhrgeschwindigkeit
der flüssigen
Kohlenwasserstoffzufuhr lag im Bereich von etwa 1,5 cm3/Minute
(während
der ersten zwei Tage) bis etwa 3,0 cm3/Minute
(während
des letzten Tags) und die Zufuhrgeschwindigkeit von H2-Gas
im Bereich von etwa 140 cm3/Minute (während des
ersten Tags) bis etwa 3,0 cm2/Minute (während des
letzten Tags). Ein Teil des Produkts wurde erneut dem Reaktor zugeführt, um
ein Volumenverhältnis
von 3–6:1
erneute Zufuhr:Zufuhr zu erlangen. Die Reaktionstemperatur in der
Mitte des Katalysatorbetts betrug während des gesamten etwa 5 Tage
dauernden Tests etwa 32,2–37.8°C (90–100°F). Als die
Reaktion einen stabilen Zustand erreichte (nach etwa 12 Stunden),
lag der 1,3-Butadiengehalt im Produkt im Bereich von etwa 6,0 mol-%
bis etwa 4,5 mol-% (während
des letzten Tags) und der n-Butangehalt im Produkt im Bereich von
etwa 8,8 bis etwa 8,2 mol-%. Folglich wies Katalysator C gute katalytische
Aktivität
und Selektivität
(für Butene)
auf. Weiterhin weist die Tatsache, dass sich die Katalysatorleistung
bis zum Ende des Tests nicht verschlechterte (sich jedoch tatsächlich in
Bezug auf die Zufuhrumwandlung verbesserte) auf eine gute Stabilität des Katalysators
C hin.
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Sinnvolle
Variationen, Modifikationen und Anpassungen auf verschiedene Verwendungen
und Bedingungen können
innerhalb des Umfangs der Offenbarung und der anhängigen Ansprüche durchgeführt werden, ohne
den Umfang dieser Erfindung zu verlassen.