DE865893C - Process for the production of hydrocarbon mixtures - Google Patents
Process for the production of hydrocarbon mixturesInfo
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- C07C2523/745—Iron
Description
Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffmischungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffmischungen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd unter Verwendung eines Eisenkatalysators, die einen verhältnismäßig hohen Gehalt an gasförmigen Olefinen mit 2 bis q. Kohlenstoffatomen besitzen.Process for the preparation of hydrocarbon mixtures The invention relates to a process for the production of hydrocarbon mixtures from hydrogen and carbon monoxide using an iron catalyst, which is a relatively high content of gaseous olefins with 2 to q. Have carbon atoms.
Die Herstellung von Kohlenwasserstoffen durch katalytische Hydrierung von Kohlenmonoxyd mit Wasserstoff wird seit längerer Zeit in der Industrie mit Erfolg durchgeführt. Die meisten früheren Forscher entwickelten das Verfahren mit dem Ziel, eine hohe Ausbeute an flüssigen Produkten zu erhalten, die innerhalb des Benzinbereichs sieden, um den Anfall dieser Brennstoffe aus Erdöl zu ergänzen. Andere studierten die Reaktion, um die Bedingungen kennenzulernen, unter denen Methan zum Hydrierungsprodukt wird, und deren Festlegung zur Erhöhung des Heizwertes der gasförmigen Brennstoffe verwendet wurde.The production of hydrocarbons through catalytic hydrogenation of carbon monoxide with hydrogen has been used successfully in industry for a long time carried out. Most of the previous researchers developed the procedure with the aim of to obtain a high yield of liquid products that are within the gasoline range boil to supplement the build-up of these petroleum fuels. Others studied the reaction to get to know the conditions under which methane forms the hydrogenation product and their determination to increase the calorific value of gaseous fuels was used.
Das Verfahren dieser Erfindung bezieht sich auch auf die Synthese von Olefinen mit 2 bis q. Kohlenstoffatomen. Kohlenwasserstofffraktionen dieser Art bilden das Rohmaterial, aus dem die Hauptmenge der industriellen aliphatischen Verbindungen hergestellt wird. Ein synthetisches Ausgangsprodukt für diese Substanzen, das die gegenwärtigen Ausgangsprodukte, die vorwiegend aus natürlichen Gaskonzentraten und raffinierten Gasen bestehen, vermehrt, würde sehr erwünscht sein.The method of this invention also relates to synthesis of olefins with 2 to q. Carbon atoms. Hydrocarbon fractions of these Kind form the raw material that makes up the bulk of the industrial aliphatic Connections is established. A synthetic base product for these substances, that is the current starting products, which are predominantly made from natural gas concentrates and refined gases, augmented, would be very desirable.
Im Verlauf der Versuche, bei denen Mischungen von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd über Eisenkatalysatoren geleitet wurden, wurden die bekannten wichtigen Reaktionsfaktoren, wie Temperatur, Druck, Verhältnis -der Reaktionsstoffe usw:, erforscht und dabei gefunden, daß sie keinen wesentlichen Einfluß auf die Menge der Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen (hier später als C2- bis C4 Fraktion bezeichnet) ausüben. Zum Beispiel blieb die Ausbeute der C2 bis C4 Fraktion innerhalb eines Temperaturbereichs von. 22o bis 32o° bei etwa 25 bis 40 °/o der gebildeten Kohlenwasserstoffe ziemlich konstant. -Es wurde jedoch festgestellt, daß der Gehalt an flüssiger Fraktion (C5 und höhere Kohlenwasserstoffe) bei Erhöhung der Temperatur abnahm und von einer entsprechenden Erhöhung der Methanbildung begleitet war, wobei die Menge der C2- bis C4 Fraktion etwa dieselbe blieb. Die prozentuale Verteilung der Kohlenwasserstoffe auf Grund ihrer Kohlenstoffzahl, wie sie hier verwendet wird, entspricht der prozentualen Verteilung der Kohlenstoffatome in den Kohlenwasserstoffen. Zum Beispiel beträgt in einer Gasmischung, deren Bestandteile in einem Verhältnis von 2 Molekülen Methan-C H4 (z Kohlenstoffatom pro Molekül), i Molekül Äthan-C2H6 (2 Kohlenstoffatome pro Molekül) und 2 Molekülen Propan-C3 H$ (3 Kohlenstoffatome pro Molekül) zueinander stehen, die Gesamtsumme =o Kohlenstoffatome in 5 Molekülen der Mischung. Die prozentuale Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe auf Grund ihrer Kohlenstoffzahl wird wie folgt errechnet Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffmischungen, die einen verhältnismäßig hohen Gehalt an normalerweise gasförmigen Olefinen mit 2 bis - 4 Kohlenstoffatomen besitzen, aus der Umsetzung- von .Kohlenmonoxyd mit Wasserstoff in Gegenwart eines Eisenkatalysators, wobei dieser Katalysator während der Synthese mit chlor-, Brom- oder jodhaltigen Substanzen in Berührung gebracht wird. Die Halogene oder Halogenwasserstoffe können als solche oder in Form von Verbindungen, die jene unter den- Reaktionsbedingungen abgeben, in das Reaktionssystem eingeführt werden. Als Verbindungen, die in der Lage sind, Halogen oder Halogenwasserstoffe abzugeben, seien die organischen Verbindungen von Chlor, Brom und Jod genannt, da sich derartige organische Halogehide unter den Reaktionsbedingungen zersetzen. Wenn hier später die Ausdrücke Halogen oder Halogenid gebraucht werden, sind Chlor, Brom, Jod oder die entsprechenden Halogenide gemeint. Fluor und Fluoride sind ausgeschlossen, da die Versuche gezeigt haben, daß sie keine wirksamen Verzögerer darstellen. Wenn das aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zusammengesetzte synthetische Gas über einen durch Halogen verzögerten Eisenkatalysator bei einer Reaktionstemperatur von Zoo bis 45o° geleitet wird, bildet die C2- bis C4 Fraktion gewöhnlich etwa die Hälfte der entstandenen Kohlenwasserstoffe, und der Olefingehalt dieser C.- bis CrFraktion beträgt annähernd das Doppelte der C2- bis C4-Fraktionen, die mit nicht verzögerten Katalysatoren entstehen.In the course of the experiments in which mixtures of hydrogen and carbon monoxide were passed over iron catalysts, the known important reaction factors, such as temperature, pressure, ratio of the reactants, etc., were investigated and found that they had no significant influence on the amount of hydrocarbons with 2 to 4 carbon atoms (hereinafter referred to as C2 to C4 fraction). For example, the yield of the C2 to C4 fraction remained within a temperature range of. 22o to 32o ° with about 25 to 40% of the hydrocarbons formed fairly constant. However, it was found that the content of the liquid fraction (C5 and higher hydrocarbons) decreased as the temperature increased and was accompanied by a corresponding increase in methane formation, the amount of the C2 to C4 fractions remaining approximately the same. The percentage distribution of the hydrocarbons based on their carbon number, as used here, corresponds to the percentage distribution of the carbon atoms in the hydrocarbons. For example, in a gas mixture whose components are in a ratio of 2 molecules methane-C H4 (z carbon atoms per molecule), 1 molecule ethane-C2H6 (2 carbon atoms per molecule) and 2 molecules propane-C3 H $ (3 carbon atoms per molecule) ) are related to each other, the total = o carbon atoms in 5 molecules of the mixture. The percentage composition of the hydrocarbons based on their carbon number is calculated as follows According to the invention, the process for the preparation of hydrocarbon mixtures which have a relatively high content of normally gaseous olefins with 2 to 4 carbon atoms consists of the reaction of .Kohlenmonoxyd with hydrogen in the presence of an iron catalyst, this catalyst being used during the synthesis with chlorine, Bromine or iodine containing substances is brought into contact. The halogens or hydrogen halides may be introduced into the reaction system as they are or in the form of compounds which give off those under the reaction conditions. The organic compounds of chlorine, bromine and iodine may be mentioned as compounds which are able to give off halogen or hydrogen halides, since such organic halides decompose under the reaction conditions. When the terms halogen or halide are used here later, chlorine, bromine, iodine or the corresponding halides are meant. Fluorine and fluorides are excluded as tests have shown that they are not effective retarders. If the synthetic gas, composed of carbon monoxide and hydrogen, is passed over a halogen-delayed iron catalyst at a reaction temperature of zoo to 45o °, the C2 to C4 fraction usually forms about half of the resulting hydrocarbons, and the olefin content of this C. to Cr fraction is approximately twice the C2 to C4 fractions that arise with non-delayed catalysts.
Die Wirkung der selektiven Verzögerung des Eisenkatalysators auf die
Zusammensetzung des Produkts wird durch die folgende Tabelle bei Reaktionstemperaturen
von 22o bis 32o° veranschaulicht:
Die Verzögerung des Katalysators setzt auch in erheblichem Maß die
Menge des bei der Reaktion entstandenen Kohlendioxyds herab. Ein niedriger Gehalt
an Kohlendioxyd in dem erzeugten Gas stellt einen Vorteil dax, da die Entfernung
dieser Verbindung aus den übrigen Erzeugnissen zusätzliche Arbeitskosten verursacht.
Somit läßt sich der Reaktionsverlauf mit den verzögerten Katalysatoren im wesentlichen
wie folgt darstellen:
Es gibt zwei Methoden zur Berechnung der Umsetzung, und zwar i. Messung der einströmenden und ausströmenden Gase und Analyse der ausströmenden Gase und 2. Analyse der ausströmenden Gase und Messen des erzeugten Wassers auf Grund bekannter stöchiometrischer Beziehungen. Im allgemeinen wurde die letztere Methode als die zuverlässigere befunden und die meisten Umsetzungen nach ihr berechnet.There are two methods of calculating the conversion, i. Measurement of the inflowing and outflowing gases and analysis of the outflowing gases and 2. Analysis of the outflowing gases and measurement of the water produced on the basis of known ones stoichiometric relationships. In general, the latter method has been considered the more reliable results and most conversions calculated according to it.
Die Verzögerung des Katalysators wurde teils in festen, teils in flüssigem Zustand durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten nach beiden Verfahrensweisen keine wesentlichen Unterschiede. Das Zugeben des Verzögerers kann entweder intermittierend oder kontinuierlich stattfinden und dadurch der Verlust des Verzögerers in dem System wieder aufgeholt werden. Bei festen Katalysatoren entstehen jedoch in ihrer Schicht verschiedene Verzögerungsgrade, so daß es in der Praxis leichter und einfacher ist, mit einer verflüssigten Schicht zu arbeiten, da das fortlaufende Vermischen des Katalysators eine homogene Verteilung des Verzögerers hervorruft.The delay of the catalyst was partly in solid, partly in liquid State carried out. The results showed none after either procedure significant differences. The addition of the retarder can be either intermittent or take place continuously and thereby the loss of the retarder in the system to be caught up again. In the case of solid catalysts, however, arise in their layer different degrees of delay, so that in practice it is easier and simpler to to work with a liquefied layer, as the continuous mixing of the Catalyst causes a homogeneous distribution of the retarder.
Es gibt mehrere Methoden zur Verzögerung einer festen Katalysatorschicht. Zum Beispiel wird nach einer Methode der Katalysator zunächst in bekannter Weise durch Hydrierung mit Wasserstoff oder durch Umsetzung mit Kohlenmonoxyd oder einer Mischung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd aktiviert. Wenn Kohlenmonoxyd entweder allein oder in Mischung mit Wasserstoff verwendet wird, wird das Verfahren in der Industrie als Formieren bezeichnet. Nach der Aktivierung des Katalysators wird ein geeignetes Trägergas, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, oder eine Mischung beider in Form von Synthesegasen, denen eine organische Halogenverbindung in einer Menge zugefügt wird, die ihrem gesättigten Dampfdruck entspricht, über den Katalysator bei einer Temperatur geleitet, die zur Zersetzung der Halogenverbindung ausreicht. Wenn der verwendete Verzögerer aus einem Gas wie Chlor besteht, läßt er sich in einem Nebenstrom den Zufuhrgasen zumischen. Die Temperatur der Katalysatorschicht kann während der Verzögerung je nach der verwendeten Halogenverbindung variieren. Temperaturen von 75 bis ioo° reichen aus, wenn das Halogenid aus einer leicht zersetzlichen Jodverbindung besteht. Temperaturen von Zoo bis 300° oder höher sind für die stabileren Bromide und Chloride erforderlich. Die Menge des für die Behandlung des Katalysators verwendeten Halogenids läßt sich j e nach dem Grad der gewünschten Verzögerung variieren. Je nach den Bedingungen kann die Menge zwischen i bis 300 g pro Kilogramm Katalysator schwanken. Es lassen sich Eisen- oder Eisen-Kieselsäure-Katalysatoren verzögern und damit eine Erhöhung des Olefingehalts und eine Verminderung der Bildung von Kohlendioxyd während der Synthese erzielen, wenn der Katalysator 2,5 Stunden lang bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 400 und einer Temperatur von 24o bis 300° mit einer äquimolaren Mischung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, die bei Zimmertemperatur und 17,5 at Druck mit Äthylendichlorid gesättigt wurde, behandelt wird.There are several methods of retarding a solid catalyst layer. For example, according to one method, the catalyst is first activated in a known manner by hydrogenation with hydrogen or by reaction with carbon monoxide or a mixture of hydrogen and carbon monoxide. When carbon monoxide is used either alone or in admixture with hydrogen, the process is known in the industry as forming. After the catalyst has been activated, a suitable carrier gas, such as hydrogen, carbon monoxide, or a mixture of both in the form of synthesis gases, to which an organic halogen compound is added in an amount that corresponds to its saturated vapor pressure, is passed over the catalyst at a temperature that is equal to Decomposition of the halogen compound is sufficient. If the retarder used consists of a gas such as chlorine, it can be admixed with the feed gases in a bypass flow. The temperature of the catalyst layer during the delay may vary depending on the halogen compound used. Temperatures of 75 to 100 ° are sufficient if the halide consists of a readily decomposable iodine compound. Temperatures from Zoo to 300 ° or higher are required for the more stable bromides and chlorides. The amount of halide used to treat the catalyst can be varied depending on the degree of retardation desired. Depending on the conditions, the amount can vary between 1 and 300 g per kilogram of catalyst. Iron or iron-silica catalysts can be delayed and thus an increase in the olefin content and a reduction in the formation of carbon dioxide during the synthesis can be achieved if the catalyst is used for 2.5 hours at a flow rate of 400 and a temperature of 240 to 300 ° is treated with an equimolar mixture of hydrogen and carbon monoxide which has been saturated with ethylene dichloride at room temperature and 17.5 at pressure.
Bei der praktischen Durchführung kann der Verzögerer dem Synthesegas zugefügt werden, nachdem der Katalysator in laufender Arbeitsweise aktiviert wurde. Um zu vermeiden, daß der Katalysator völlig desaktiviert wird, empfiehlt es sich, mit einer kleinen Menge des Verzögerers im Synthesegas zu beginnen und allmählich die Konzentration zu erhöhen, was eine Veränderung in der Zusammensetzung der Reaktionsprodukte zur Folge hat. Der Prozentgehalt an Kohlendioxyd in den ausströmenden Gasen kann mit einem automatischen Registriergerät gemessen werden. Ein deutliches Absinken im Kohlendioxydgehalt der erzeugten Gase zeigt an, daß die Verzögerung stattgefunden hat.In practice, the retarder can be the synthesis gas be added after the catalyst has been activated while the operation is in progress. In order to avoid that the catalyst is completely deactivated, it is advisable to to start with a small amount of the retarder in the syngas and gradually increase the concentration, causing a change in the composition of the reaction products has the consequence. The percentage of carbon dioxide in the outflowing gases can can be measured with an automatic recorder. A significant drop in the carbon dioxide content of the gases produced indicates that the delay took place Has.
Nachdem der Katalysator ausreichend verzögert worden ist, nimmt die Wirkung nach einiger Zeit allmählich ab. Gleichzeitig kann man beobachten, daß der Katalysator Halogen verliert. Von da ab ist es zur Erhaltung einer konstanten Verzögerung erforderlich, daß dieser Verlust ausgeglichen wird, am besten durch kontinuierliches Zugeben des Verzögerers zu dem Synthesegas. Die anhaltende Wirkung der Verzögerung nach Entfernen des Verzögerers aus dem Zuleitungsstrom wird ohne Zweifel durch vorübergehendes Festhalten des Halogenids im Katalysator verursacht. Ein derartiges Festhalten des Halogenids wird in dem speziellen Beispiel oben veranschaulicht, wo nach 4tägiger Arbeitsweise nach Einführung des Verzögerers der Chlorgehalt des Katalysators der Analyse nach folgende Werte besaß: am Anfang und Eingang der Katalysatorschicht 6,o °/o, in der Mitte 3,3 °/o und am Ausgang 2,3 °/o (Cl in Gewichtsprozent).After the catalyst has been sufficiently retarded, the Effect gradually wears off after a while. At the same time one can observe that the Catalyst loses halogen. From then on it is used to maintain a constant delay required that this loss be made up, preferably by continuous Adding the retarder to the synthesis gas. The lasting effect of the delay After removing the retarder from the feed stream, it will undoubtedly be temporary Trapping of the halide in the catalyst caused. Such retention of the Halide is illustrated in the specific example above where after 4 days Operation after the introduction of the retarder of the chlorine content of the catalyst Analysis according to the following values: at the beginning and entrance of the catalyst layer 6.0%, in the middle 3.3% and at the exit 2.3% (Cl in percent by weight).
Eine weitere Methode zur Einbringung des Verzögerers in eine feste Katalysatorschicht besteht darin, daß ein mit dem Verzögerer gesättigtes Trägergas bei Zimmertemperatur über einen Katalysator mit einer Temperatur etwas über der des Trägergases geleitet wird, bis eine ausreichende Menge des Verzögerers vom Katalysator adsorbiert ist. Dadurch wird der Katalysator mit dem adsorbierten Verzögerer erhitzt, im allgemeinen über 2oo°, so daß sich die organische Halogenverbindung zersetzt.Another method of incorporating the retarder into a solid The catalyst layer consists of a carrier gas saturated with the retarder at room temperature over a catalyst with a temperature slightly above that of the carrier gas is passed until a sufficient amount of the retarder is removed from the catalyst is adsorbed. This heats the catalyst with the adsorbed retarder, generally above 200 °, so that the organic halogen compound decomposes.
Wie oben festgestellt wurde, verschwindet die Verzögerungswirkung langsam infolge des fortschreitenden Verlustes an Halogen aus dem verzögerten Katalysator während der Synthese. Zum größten Teil erscheint der Verlust des Halogens in Form von Halogenwasserstoff im Abwasser des Reaktionsgefäßes. Somit ist es vorteilhafter, den Verzögerer nach anfänglichem Zufügen von i bis 300 g Halogen pro Kilogramm Katalysator in kleinen Mengen dem Synthesegas beizumischen, so daß die Bildung von Olefinen hoch und die Entstehung von Kohlendioxyd niedrig bleibt. Zum Beispiel erforderte ein Eisenkatalysator in verflüssigtem Zustand 5 bis 15 g Chlor pro Kilogramm zur anfänglichen Verzögerung, wobei das Chlor als Äthylendichlorid mit dem Synthesegas eingebracht wurde. Darauf wurde der Katalysator durch Zugeben von Äthylendichlorid zum Synthesegas mit einer Geschwindigkeit von o,5 g Chlor pro Kilogramm pro Stunde (entspr. 0,7 g' C,H@C12 pro Kilogramm Katalysator pro Stunde) im verzögerten Zustand gehalten.As noted above, the retardation effect slowly disappears due to the progressive loss of halogen from the retarded catalyst during synthesis. For the most part, the loss of the halogen appears in the form of hydrogen halide in the waste water from the reaction vessel. Thus, it is more advantageous to add the retarder to the synthesis gas in small amounts after initially adding from 1 to 300 g of halogen per kilogram of catalyst, so that the formation of olefins remains high and the formation of carbon dioxide remains low. For example, an iron catalyst in a liquefied state required 5 to 15 grams of chlorine per kilogram for initial retardation, the chlorine being introduced as ethylene dichloride with the synthesis gas. The catalyst was then kept in the delayed state by adding ethylene dichloride to the synthesis gas at a rate of 0.5 g of chlorine per kilogram per hour (corresponding to 0.7 g of C, H @ C12 per kilogram of catalyst per hour).
Es ist anzunehmen, daß der Verlust an Chlor aus dem verzögerten Katalysator
zu einem Gleichgewicht zwischen den Eisenhalogeniden und Wasserstoff in Beziehung
steht. Bei Eisenchlorid läßt sich das Gleichgewicht wie folgt darstellen: Fe- Cl,
+ H2 T Fe + 2 HCl Somit erschöpft sich der Chlorgehalt des Katalysators allmählich,
da Chlorwasserstoff mit den entstandenen Gasen aus der Reaktionszone herausgeht,
wenn nicht Chlor in passender Form mit den Gasen zugeführt wird. Die Menge Chlor,
die erforderlich ist, um den Katalysator in verzögertem Zustand bei verschiedenen
Temperaturen zu erhalten, läßt sich aus der folgenden Gleichung berechnen:
'Für andere Halogene sind Gleichgewicht und Gleichgewichtskonstanten
durch die folgenden Beziehungen gegeben: Fe Br2 + H2 Fe .+ 2 H Br
Fe J2+H2=:z#:: Fe+2HJ
Zum Beispiel sind unter Verwendung dieser Beziehungen bei Temperaturen von 25o bis
q.50° und einem Druck von 18 Atm., absolut (i7,5 at), einem Partialdruck des austretenden
Wasserstoffs von 6 Atm. und einer Ausströmungsgeschwindigkeit der Gase von z5oo
1 pro Stunde bei einer Umsetzung unter üblichen Bedingungen die Mengen des gebundenen
oder freien Chlors im zugefügten Verzögerer zwecks Aufrechterhaltung der Verzögerung
annähernd die folgenden; die niedrigsten Werte entsprechen den niedrigsten Temperaturen,
und umgekehrt.
Die Kurven in der Zeichnung zeigen die Wirkung bei Veränderung der Zugabegeschwindigkeit des Verzögerers während bestimmter Zeiträume. Die Zugabegeschwindigkeit ist als Abszisse graphisch in Form eines Verhältnisses dargestellt: Der Druck des Chlorwasserstoffs (berechnet auf Grund der Annahme, daß sämtlicher zugegebener Äthylendichloridverzögerer zu gasförmigem Chlorwasserstoff zersetzt wird) dividiert durch den errechneten Druck des HCl, der im Gleichgewicht mit FeC12 und H2 nach der obigen Gleichung steht. Der Ausdruck pHcl bedeutet den Partialdruck des Chlorwasserstoffs in den feuchten, aus dem Reaktionsgefäß austretenden Gasen, errechnet unter der Annahme, daß der ganze zugefügte Verzögerer (Äthylendichlorid) sich zersetzt und Chlorwasserstoff bildet und daß von diesem nichts im Reaktionsbehälter verlorengeht. Der Ausdruck p°HCl bedeutet den Gleichgewichtspartialdruck des Chlorwasserstoffs, errechnet aus der obigen Gleichung. Das Verhältnis PHc1 zu P°HCl zeigt dann den theoretischen ÜbeISChuß oder das Defizit des Verzögerers an. Die in den Kurvenbildern gezeigten Daten wurden in einem Versuch mit einem verflüssigten, aus Magnetit hergestellten Eisenkatalysator erhalten. Das Synthesegas (2, 2 H2 : z CO) wurde bei einem Druck von 4,2 at verwendet und im Kreislauf frisches Gas im Verhältnis z : z zugeführt. Es versteht sich, daß die Wirkungen bei Abwandlung der Arbeitsweise und der Katalysatorherstellung etwas von der graphischen Zeichnung abweichen.The curves in the drawing show the effect of changing the rate of addition of the retarder during certain periods of time. The rate of addition is shown graphically as the abscissa in the form of a ratio: the pressure of the hydrogen chloride (calculated on the assumption that all added ethylene dichloride retarder is decomposed to gaseous hydrogen chloride) divided by the calculated pressure of the HCl, which is in equilibrium with FeC12 and H2 according to the equation above. The term pHcl means the partial pressure of the hydrogen chloride in the moist gases emerging from the reaction vessel, calculated on the assumption that all of the retarder added (ethylene dichloride) decomposes and forms hydrogen chloride and that none of this is lost in the reaction vessel. The term p ° HCl means the equilibrium partial pressure of hydrogen chloride, calculated from the above equation. The ratio of PHc1 to P ° HCl then indicates the theoretical excess or deficit of the retarder. The data shown in the graphs were obtained in an experiment with a liquefied iron catalyst made from magnetite. The synthesis gas (2.2 H2: z CO) was used at a pressure of 4.2 atm and fresh gas was fed into the circuit in the ratio z: z. It will be understood that the effects of modifying the procedure and the preparation of the catalyst will differ somewhat from the graphic drawing.
Die Kurvenbilder zeigen, daß der Äthylengehalt der C2 Fraktion sich entsprechend der Verzögerung erhöht, während der Propylengehalt der C3-Fraktion selbst bei gering verzögerten Katalysatoren sehr hoch ist. Die Bildung von Methan nimmt mit der Verzögerung ab, was sehr wichtig ist. Durch Vermehren des Verzögerers kann die Entstehung von Kohlendioxyd vollständig unterdrückt oder erheblich verringert werden. Es ist wahrscheinlich von Bedeutung, daß die Kurve für die Umsetzung sowie die Methan- und Kohlendioxydkurven sehr steil in dem Raum abfallen, wo pflcl/ p°Hcl etwa z ist. Damit wird der scharfe Wechsel in den Ergebnissen angezeigt, die mit nicht verzögerten Katalysatoren und mit vollständig verzögerten Katalysatoren erhalten werden. Das längere Arbeiten bei einem Verhältnis von pHcl/P°Hcl größer als = kann eine übermäßige Chlorierung des Katalysators zur Folge haben. Falls dies geschieht, läßt sich der Katalysator regenerieren, entweder kontinuierlich oder schichtweise nach verschiedenen Methoden, wie z. B. durch Behandlung mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen oder durch eine zeitweise Herabsetzung der Verzögerermenge im Zufuhrstrom.The graphs show that the ethylene content of the C2 fraction increases according to the delay increased while the propylene content of the C3 fraction is very high even with slightly delayed catalysts. The formation of methane decreases with delay, which is very important. By increasing the retarder the formation of carbon dioxide can be completely suppressed or significantly reduced will. It is probably important to have the curve for the implementation as well the methane and carbon dioxide curves drop very steeply in the space where pfcl / p ° Hcl about z is. This shows the sharp change in the results that start with non-delayed catalysts and with fully delayed catalysts will. Working longer at a ratio of pHcl / P ° Hcl greater than = can cause excessive chlorination of the catalyst. If this happens, the catalyst can be regenerated, either continuously or in layers by various methods, such as B. by treatment with hydrogen at high Temperatures or by temporarily reducing the amount of retarder in the feed stream.
Eine erhebliche Anzahl organischer Halogenverbindungen wurde als Verzögerer geprüft und als brauchbar befunden. Erfindungsgemäß kann jede organische Halogenverbindung verwendet werden, die bei der Reaktionstemperatur in dampfförmigen Zustand übergeht. Halogenverbindungen, die von uns ausgewertet wurden, sind die folgenden: n-Butylchlorid, tert. Butylchlorid, Äthylendichlorid, z, q.-Dichlorbutan, i, 2, 3-Trichlorpropan, Dichloräthyläther, Glycerindichlorhydrin, m-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, Tetrachlorkohlenstoff, Äthylendibromid, Trimethylenchlorbromid, Äthyljodid und n-Butyljodid.A significant number of organic halogen compounds have been used as retarders checked and found usable. According to the invention, any organic halogen compound be used, which changes to a vaporous state at the reaction temperature. Halogen compounds that have been evaluated by us are the following: n-butyl chloride, tert. Butyl chloride, ethylene dichloride, z, q.-dichlorobutane, i, 2, 3-trichloropropane, Dichloroethyl ether, glycerol dichlorohydrin, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, Carbon tetrachloride, ethylene dibromide, trimethylene chlorobromide, ethyl iodide and n-butyl iodide.
Da die Versuche zeigen, daß die organischen Verzögerer Halogen oder Halogenwasserstoff im Reaktionsgefäß in Freiheit setzen, kann die Verzögerung auch durch Behandeln der Katalysatoren mit den Halogenen selbst, z. B. Chlor, Brom und Jod, Halogenhalogeniden oder anorganischen Verbindungen, die Halogenwasserstoff abzugeben vermögen, wie z. B. Phosgen, erzielt werden. Somit gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten, durch die der Eisenkatalysator der Einwirkung von Halogenen oder Halogenwasserstoffen im Verlauf der Synthese ausgesetzt werden kann.Since the experiments show that the organic retarders halogen or The delay can also set free hydrogen halide in the reaction vessel by treating the catalysts with the halogens themselves, e.g. B. chlorine, bromine and Iodine, halogen halides or inorganic compounds containing hydrogen halide able to deliver, such as B. phosgene can be achieved. So there is a whole Set of ways by which the iron catalyst is exposed to halogens or may be exposed to hydrogen halides in the course of the synthesis.
Für unser Verfahren einer Kohlenwasserstoffsynthese läßt sich jeder bekannte Eisenkatalysator verwenden. Eisenkatalysatoren, die Beschleuniger enthalten, lassen sich verzögern, und die folgenden Beschleuniger, . die typische Zusatzmittel für Eisenkatalysatoren darstellen, waren in beträchtlichen Mengen in den verzögerten Eisenkatalysatoren vorhanden: Si 02, Ti O., Cu, Al, O., Cd, Ni und K, C 03. Bei der Herstellung des Eisenkatalysators läßt sich entweder Eisen oder ein Eisenoxyd verwenden, obwohl nach der Reduktion oder dem Formieren des Katalysators, wie z. B. durch Reduktion mit Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder einer Mischung beider, die Eisenoxydkatalysatoren in reduziertem oder Karbidzustand vorkommen können. Flüssige Katalysatoren müssen natürlich in einer geeigneten Verteilung der Teilchengröße hergestellt werden, so daß sie die typischen Eigenschaften einer flüssigen Kätalysatorschicht aufweisen.Any known iron catalyst can be used for our process of hydrocarbon synthesis. Iron catalysts containing accelerators can be retarded, and the following accelerators,. which are typical additives for iron catalysts, were present in considerable amounts in the delayed iron catalysts: Si 02, Ti O., Cu, Al, O., Cd, Ni and K, C 03. Either iron or use an iron oxide, although after the reduction or the formation of the catalyst, such as. B. by reduction with hydrogen, carbon monoxide or a mixture of both, the iron oxide catalysts can occur in reduced or carbide state. Liquid catalysts must of course be produced with a suitable particle size distribution so that they have the typical properties of a liquid catalyst layer.
Die Festlegung der einzelnen Bedingungen (Variabeln) für die Kohlenwasserstoffsynthese
kann mit den verzögerten Katalysatoren erfolgen. Die Verzögerung wirkt sich innerhalb
eines weiten Bereichs dieser Variabeln aus. Die wichtigsten Variabeln sind Temperatur,
Druck, Strömungsgeschwindigkeit und das Verhältnis des erzeugten Gases, das durch
den Konverter dem frisch zugeführten Synthesegas wieder zugeleitet wird. Im allgemeinen
läßt sich jede Temperatur, jeder Druck, jede Strömungsgeschwindigkeit, jedes Wasserstoff-,
Kohlenstoffverhältnis und Rückführungsverhältnis, wie sie allgemein für Kohlenwasserstoffsynthesen
geeignet sind, verwenden. Die folgenden Angaben mögen als Erläuterung dienen:
Bei den folgenden Beispielen beziehen sich die Versuche i bis 6 auf feste Katalysatorschichten und die Versuche 7 bis 9 auf flüssige Katalysatoren. Feste Katalysatoren Apparatur und Verfahrensweise: Das Reaktionsgefäß bestand aus einem o,635 cm weiten (Innendurchmesser) Stahlrohr, das den Katalysator enthielt und von einem isolierten und mit einer eutektischen Mischung von Phenyläther und 26,5 °/o Diphenyl gefüllten Stahlmantel umhüllt war. Der Stahlmantel war mit Widerstandsdraht zur elektrischen Beheizung umwickelt. Die Katalysatorröhre wurde in dem Mantel an beiden Enden mit Druckmuffen befestigt, die die Anbringung und Entfernung der Katalysatorröhre leicht machen. Die Katalysatormenge betrug 2o ccm; sie wurde vor der Beschickung in einem Meßzylinder abgemessen und über eine Länge von etwa 63,5 cm der Röhre ausgebreitet. Der Katalysator wurde durch Packungen von Kupfergaze an beiden Enden in seiner Lage gehalten.In the following examples, experiments i to 6 relate to solid catalyst layers and experiments 7 to 9 on liquid catalysts. Solid catalysts Apparatus and procedure: The reaction vessel consisted of a 0.635 cm wide (inner diameter) steel pipe which contained the catalyst and from an isolated and with a eutectic mixture of phenyl ether and 26.5% diphenyl-filled steel jacket was encased. The steel jacket was with resistance wire wrapped for electrical heating. The catalyst tube was turned on in the jacket both ends fastened with compression sleeves, which allow the attachment and removal of the catalyst tube Make it easy. The amount of catalyst was 20 cc; she was before loading measured in a measuring cylinder and spread over a length of about 63.5 cm of the tube. The catalyst was held in place by packings of copper gauze at both ends held.
Der Katalysator wurde in eine Stahlröhre geeigneter Länge eingefüllt.
Diese war in dem leeren Mantel mit Hilfe der Druckmuffen befestigt. Beide Enden
der Röhre wurden in die Kupferröhre eingelötet, die den Rest der Apparatur verband.
Das System wurde auf Undichtigkeiten mit Kohlendioxyd oder Stickstoff bei einem
Druck von 17,5 bis 2i,o at geprüft. Die zur Hydrierung bzw. Synthese verwendeten
Gase (Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder ihre Mischung) wurden dann in die Apparatur
eingeleitet und die Temperatur des Reaktionsgefäßes auf die für die Gase geeignete
Höhe (gewöhnlich 3oo bis 35o°) gebracht. Die Formierung fand im allgemeinen bei
Atmosphärendruck und einer Strömungsgeschwindigkeit von iooo bis 3000. (2o bis 6o
1 pro Stunde) statt. Nach der Formierung wurde gewöhnlich die Temperatur des Reaktionsgefäßes
auf eine für die Synthese geeignete Höhe erniedrigt. Dies ließ sich durch die weiter
einströmenden Synthesegase bewirken. Sowie die geeignete Reaktionstemperatur erreicht
war, wurden die
Synthesegase bei dem erforderlichen Druck, meist
17,5 at, eingeleitet. Beispiel I Äthylendichloridverzögerer Der Katalysator, FeO,:
Cu0 : SiO2 (100 : 2,5: Ioo Gewichtsteile), wurde durch Fällen aus einer Lösung
von Kupfer- und Eisennitraten mit Natriumcarbonat bis zum-px 7,8 hergestellt. Dann
wurde Kieselsäure in Form von Kieselgur zugefügt und die Mischung gekocht. Diese
Mischung wurde dann filtriert und der Niederschlag gewaschen. Das Schüttgewicht
des fertigen Katalysatorpräparates betrug etwa-o,9 g pro Kubikzentimeter. Der Katalysator
wurde nun in das Reaktionsgefäß gebracht und mit Kohlenmonoxyd 2 Stunden lang bei
31o bis 335° und einer Strömungsgeschwindigkeit von 3ooo behandelt. Die Synthesegase
in einem Verhältnis von I Mol Wasserstoff zu I Mol Kohlenmonoxyd wurden über den
Katalysator bei einem Druck von 17,5 at und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 3oo geleitet und das erhaltene Produkt laufend analysiert. Nach gewisser Zeit
wurde das Synthesegas beim Reaktionsdruck und einer Temperatur von 25° durch Äthylendichlorid
geleitet und damit gesättigt, so daß der Verzögerer im Verlauf von insgesamt 31/Z
Stunden, einer Strömungsgeschwindigkeit von 30o bis 4oo und einer Katalysatortemperatur
von 28o° dem Katalysator zugeführt wurde. Die Menge des Verzögerers betrug etwa
=4o ccm in Dampfform. Die Menge an zugefügtem Äthylendichlorid entsprach etwa 25
g Chlor pro Kilogramm Katalysator. Ein Vergleich der Reaktionsbedingungen und Ergebnisse
mit verzögerten und nicht verzögerten Katalysatoren wird im folgenden gegeben:
Das Einführen des Verzögerers wurde in gleicher Weise ausgeführt,
nur betrug die Temperatur des Katalysators während der Verzögerung 24o bis 26o°.
Die Zusammensetzung des Synthesegases war 1 H2: 1 CO. Die weiteren Bedingungen
und Ergebnisse sind unten angeführt:
Beispiel 6 Chlorwasserstoff als Verzögerer Ein Katalysator aus Eisen, Kieselsäure und Kupfer ,(xoo Gewichtsteile Fe203 -f- zoo SiO2 -f- 2,5 Cu) wurde durch Überleiten einer Mischung von Chlorwasserstoff und Synthesegas (z H,: z CO) bei etwa 7ö° verzögert. Die Menge des auf diese Weise zugeführten Chlorwasserstoffs betrug etwa 1,5 g. Die Ergebnisse sind unten aufgezeichnet: .Example 6 Hydrogen chloride as a retarder A catalyst made from iron, Silicic acid and copper, (xoo parts by weight Fe203 -f- zoo SiO2 -f- 2.5 Cu) was by passing over a mixture of hydrogen chloride and synthesis gas (z H ,: z CO) delayed at about 70 °. The amount of hydrogen chloride added in this way was about 1.5 g. The results are recorded below:.
Lebensdauer des Katalysators in Stünden 168 Reaktionstemperatur in ° C ............ 271 Umsetzung in °/a ...................... 49 C02/CQ2 + H20 (Molverhältnis) ....... 0,30 - Entstandene Kohlenwasserstoffe in °/a CH.................................. 15 C2 bis C4 Olefine ..................... 30 C2 bis C4 Paraffine .................... 13 C;, -E- ................................ 33 Die auffallende Erhöhung der Olefinbildung ist bemerkenswert.Lifetime of the catalyst in hours 168 Reaction temperature in ° C ............ 271 Conversion in ° / a ...................... 49 C02 / CQ2 + H20 (molar ratio) ....... 0.30 - Hydrocarbons formed in ° / a CH ....................... ........... 15 C2 to C4 olefins ..................... 30 C2 to C4 paraffins ........ ............ 13 C ;, -E- ............................... . 33 the striking increase in the olefin is remarkable.
Flüssige Katalysatorschicht Apparatur und Verfahrensweise: Das Reaktionsgefäß bestand aus einem Stahlrohr mit einem inneren Durchmesser von 7,6 cm, das mit einem Mantel umgeben war, der mit einer zirkulierenden Flüssigkeit gefüllt war. Der Mantel wurde elektrisch beheizt. Der Katalysator wurde in den Reaktionsbehälter gefüllt und durch Leiten der Synthesegase durch die Schicht in flüssigem Zustand erhalten. Die ausströmenden Gase gingen durch einen 25,4 cm weiten (Innendurchmesser) Erhitzer,. der keramische oder gesinterte Metallfilter enthielt, so daß der- suspendierte Katalysator zurückgewonnen werden konnte. Der zurückgewonnene Katalysator wurde von Zeit zu Zeit wieder in die Katalysatorschicht zurückgeblasen. Das austretende Gas strömte unter Reaktionsdruck durch einen wassergekühlten Kondensator, um flüssige Bestandteile zu entfernen. Die in den Reaktionsbehälter einströmenden Gase wurden mit Hilfe kalibrierter Öffnungen gemessen und das austretende Gas strömte durch Trockengasmesser. Zwecks eventueller Rückführung eines Teils des erzeugten Gases waren besondere Vorrichtungen vorgesehen.Liquid catalyst layer Apparatus and procedure: The reaction vessel consisted of a steel tube with an inner diameter of 7.6 cm, which was connected to a Jacket, which was filled with a circulating fluid. The coat was heated electrically. The catalyst was filled in the reaction vessel and obtained by passing the synthesis gases through the bed in a liquid state. The effluent gases went through a 25.4 cm wide (inside diameter) heater. the ceramic or sintered metal filter contained so that the suspended catalyst could be recovered. The recovered catalyst was increasing from time to time Time blown back into the catalyst layer. The escaping gas flowed under reaction pressure through a water-cooled condenser to remove liquid components to remove. The gases flowing into the reaction vessel were calibrated with the aid of calibrated Openings measured and the escaping gas flowed through dry gas meters. For the purpose of possible recirculation of part of the gas produced were special devices intended.
Beispiel 7 Äthylendichlorid -Kontinuierliche Verzögerung Eisenoxyd (Fe203) in Pigmentfeinheit wurde mit Wasser zu einer dicken Paste angerührt. Die Paste wurde in einem Ofen getrocknet und dann 2 Stunden bei i 2oo° gesintert. Der Katalysator wurde zerkleinert und zu einer Feinheit gemahlen, daß alle Teilchen durch ein 27o-Maschen-Sieb (0,055 mm Lochgröße) gingen. Die feinsten Katalysatorteilchen mit einer Größe von weniger als 2o ,u wurden durch elektrische Reinigung entfernt. Der Katalysator @vurde mit Wasserstoff reduziert und in den Reaktionsbehälter eingefüllt; sein Volumen betrug 4920 cm3.Example 7 Ethylene Dichloride - Continuous Retardation of Iron Oxide (Fe203) in pigment fineness was mixed with water to form a thick paste. the Paste was dried in an oven and then sintered at 130 ° for 2 hours. Of the Catalyst was crushed and ground to a fineness that all particles passed through a 27o mesh screen (0.055 mm hole size). The finest catalyst particles less than 2o, u in size were removed by electrical cleaning. The catalyst @v was reduced with hydrogen and filled into the reaction vessel; its volume was 4920 cm3.
Wie oben schon ausgeführt wurde, hörte die Verzögerungswirkung. des Katalysators infolge Halogenverlustes allmählich auf, wenn er nur einer einzigen Behandlung mit dem Verzögerer unterworfen wurde. Wenn z. B. der obige Katalysator anfangs mit etwa 17 g Chlor aus dem Äthylendichlorid behandelt wurde, ergab er eine C2 bis C4 Fraktion, die 67 °/o Olefine enthielt, bei einer Umsetzung von 48 °/o und einem Rückführungsverhältnis-von x : z. Nach gewisser Zeit enthielten die in kontinuierlicher Arbeitsweise mit dem gleichen Katalysator erzeugten Kohlenwasserstoffe 36 °/o Olefine in der C2- bis C4 Fraktion, und die Umsetzung erhöhte sich auf 63)/" was einen erheblichen Verlust der Verzögerungswirkung bedeutet. Der Chlorverlust aus der Katalysatorschicht ließ sich auch dadurch feststellen, daß das entstandene Reaktionswasser Chlorwasserstoffsäure enthielt.As stated above, the delay effect stopped. of The catalyst gradually rises as a result of the loss of halogen, if it is only one Treatment with the retarder was subjected. If z. B. the above catalyst initially treated with about 17 g of chlorine from the ethylene dichloride, it gave one C2 to C4 fraction, which contained 67% olefins, with a conversion of 48% and a recycle ratio-of x: z. After a while, the in continuous operation with the same catalyst produced hydrocarbons 36% olefins in the C2 to C4 fraction, and the conversion increased to 63) / " which means a considerable loss of the delay effect. The loss of chlorine from the catalyst layer could also be determined by the fact that the resulting Water of reaction contained hydrochloric acid.
Nach dem Zugeben des Äthylendichlorids zum Synthesegas bei einer Geschwindigkeit von 7 g pro Stunde (r g Chlor pro _ Kilogramm Katalysator) sank. die Umsetzung im Verlauf von 14 Stunden auf 43 °/o, und der Olefingehalt der C.- bis C4 Fraktion stieg auf 72 °/o. Danach wurde das Äthylendichlorid kontinuierlich in einer durchschnittlichen -Menge von 0,3 g Cl pro Kilogramm Katalysator pro Stunde im Verlauf von weiteren 25 Stunden zugefügt; die Zufuhrgeschwindigkeit wurde so hoch gehalten, daß jede Erhöhung der Aktivität des Katalysators verhütet wurde, was sich durch die prozentuale Umsetzung messen ließ.After adding the ethylene dichloride to the synthesis gas at a rate of 7 g per hour (rg chlorine per _ kilogram of catalyst) decreased. the conversion in the course of 14 hours to 43%, and the olefin content of the C. to C4 fraction rose to 72%. The ethylene dichloride was then added continuously in an average amount of 0.3 g of Cl per kilogram of catalyst per hour over a further 25 hours; the feed rate was kept high enough to prevent any increase in the activity of the catalyst as measured by the percentage conversion.
Die Bedingungen und Ergebnisse vor und nach der vorherigen kontinuierlichen
Verzögerung werden in der folgenden Tabelle angeführt:
Beispiel 8 Äthylendichlorid - Kontinuierliche Verzögerung Der Versuch
von Beispiel 7 wurde bei einem Rückführungsverhältnis des entstandenen Gases zum
Synthesegas von 3 zu I und bei verschiedenen Temperaturen fortgesetzt. Während einer
Versuchsdauer von 69 Stunden wurde Äthylendichlorid kontinuierlich bei einer durchschnittlichen
Geschwindigkeit von o,8 g Cl pro Kilogramm Katalysator pro Stunde zugegeben. Die
Bedingungen, Ergebnisse und Analysendaten sind in der folgenden Tabelle aufgezeigt:
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US865893XA | 1950-01-04 | 1950-01-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE865893C true DE865893C (en) | 1953-02-05 |
Family
ID=22199567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEU1052A Expired DE865893C (en) | 1950-01-04 | 1951-01-04 | Process for the production of hydrocarbon mixtures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE865893C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0048378A1 (en) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Ruhrchemie Aktiengesellschaft | Process for preparing unsaturated hydrocarbons |
-
1951
- 1951-01-04 DE DEU1052A patent/DE865893C/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0048378A1 (en) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Ruhrchemie Aktiengesellschaft | Process for preparing unsaturated hydrocarbons |
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