ES2270639T3 - Procedimiento de isomerizacion de hidrocarburos, catalizador de acido solido y sistema de isomerizacion paa usar con dicho procedimiento. - Google Patents

Procedimiento de isomerizacion de hidrocarburos, catalizador de acido solido y sistema de isomerizacion paa usar con dicho procedimiento. Download PDF

Info

Publication number
ES2270639T3
ES2270639T3 ES99973305T ES99973305T ES2270639T3 ES 2270639 T3 ES2270639 T3 ES 2270639T3 ES 99973305 T ES99973305 T ES 99973305T ES 99973305 T ES99973305 T ES 99973305T ES 2270639 T3 ES2270639 T3 ES 2270639T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
hydrocarbons
isomerization
hydrogen
weight
ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES99973305T
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Japan Energy Corporation Matsuzawa
Kohjiroh Japan Energy Corporation AIMOTO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP34531298A external-priority patent/JP3730792B2/ja
Application filed by Japan Energy Corp filed Critical Japan Energy Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2270639T3 publication Critical patent/ES2270639T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/066Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/053Sulfates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/20Sulfiding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/2206Catalytic processes not covered by C07C5/23 - C07C5/31
    • C07C5/226Catalytic processes not covered by C07C5/23 - C07C5/31 with metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G35/00Reforming naphtha
    • C10G35/04Catalytic reforming
    • C10G35/06Catalytic reforming characterised by the catalyst used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/58Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins
    • C10G45/60Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins characterised by the catalyst used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals
    • C07C2523/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals of the platinum group metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
    • C07C2523/74Iron group metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Procedimiento de isomerización de hidrocarburos para la obtención de hidrocarburos isomerizados, que comprende: poner en contacto un catalizador ácido sólido que comprende un soporte que comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso, en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido, sobre el soporte con hidrocarburos de partida que presentan una concentración de agua de 5 ppm o menos en términos de peso del agua, en presencia de hidrógeno, y llevar a cabo la isomerización de los hidrocarburos a una temperatura de reacción de entre 50ºC y 250ºC, y en un intervalo de presiones de reacción de entre 1.515 kPa y 4.040 kPa (entre 15 y 40 kgf/cm2).

Description

Procedimiento de isomerización de hidrocarburos, catalizador de ácido sólido y sistema de isomerización para usar con dicho procedimiento.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento de isomerización de hidrocarburos de elevada eficiencia que utiliza un catalizador ácido sólido de óxido de circonio sulfatado, y a un catalizador ácido sólido para la isomerización y a un dispositivo de isomerización utilizado para la misma.
Antecedentes de la técnica
La isomerización de hidrocarburos, tales como fracciones de petróleo, etc., es importante como procedimiento para la producción de materiales de gasolina base de elevado octanaje y como procedimiento para la producción de materiales químicos de partida. La isomerización del butano normal es una reacción particularmente importante como procedimiento para la producción de isobutano, que es un material inicial para el metil-terc-butil éter y la gasolina alquilada, mientras que la isomerización de la nafta ligera es una reacción particularmente importante como procedimiento para la producción de material de gasolina base.
La isomerización convencional de hidrocarburos se lleva a cabo poniendo en contacto con hidrocarburos en presencia de hidrógeno un catalizador que se ha obtenido modificando un óxido que muestra propiedades de ácido sólido con el platino, tal como platino-zeolita, platino-alúmina clorada, etc. La reacción catalizada por el catalizador de platino-zeolita habitualmente se lleva a cabo utilizando un material inicial de reacción con una concentración de agua de varias decenas de ppm y no se conoce que su actividad catalítica mejore mediante la reducción de la concentración de agua en el material inicial de reacción. Generalmente la actividad catalítica del catalizador de platino-zeolita es mucho menor que la del catalizador platino-alúmina clorada. Por otra parte, se conoce que las impurezas reducen la actividad del catalizador de platino-alúmina clorada, tales como la concentración de agua, etc., en los materiales iniciales de reacción, y la reacción habitualmente se lleva a cabo controlando la concentración de agua de los materiales iniciales de reacción a 0,5 ppm o menos, particularmente a 0,1 ppm o menos. Si la concentración de agua en el material inicial de reacción se limita a 0,5 ppm o menos, el catalizador de platino-alúmina clorada mostrará una actividad catalítica más elevada que la que muestra el catalizador de platino-zeolita. Sin embargo, en una reacción de isomerización con el catalizador de platino-alúmina clorada, resulta necesario introducir continuamente un compuesto orgánico de cloro en el sistema de reacción con el fin de conservar la actividad catalítica y el compuesto de cloro debe separarse y eliminarse del producto tras completar la reacción. En la actualidad, debe evitarse la utilización de dicho compuesto de cloro por motivos de protección ambiental, entre ellos los problemas de corrosión durante el procedimiento de separación y eliminación.
La patente US-A-4.923.595 da a conocer un procedimiento para la reforma de un hidrocarburo utilizando un catalizador que comprende un soporte refractario con un diámetro nominal de por lo menos 650 micrómetros y sobre el que se ha depositado un componente platino dispersado uniformemente, un componente del grupo IV de los metales dispersado uniformemente y un metal impregnado en la superficie o un componente que contiene metal seleccionado de entre el grupo que consiste en rodio, rutenio, cobalto, níquel o iridio. Entre las condiciones de reformado utilizadas se incluyen una presión seleccionada de entre 101 kPa y 6.995 kPa, y una temperatura seleccionada de entre 427ºC y 593ºC. Los materiales portadores preferentes del catalizador son óxidos inorgánicos refractarios, tales como dióxido de óxido de circonio, sobre los que se deposita cloro.
Exposición de la invención
En consecuencia, existe una demanda de un catalizador de actividad elevada con el que no resulte necesario introducir un compuesto de cloro en el procedimiento de isomerización de hidrocarburos. Un objetivo de la presente invención es resolver este problema y proporcionar un procedimiento para la isomerización de hidrocarburos con una eficiencia elevada sin utilizar un compuesto de cloro, así como un catalizador para este procedimiento y un dispositivo de isomerización para llevar a cabo el procedimiento.
Como resultado de estudios intensivos, los inventores completaron la presente invención al descubrir que, cuando se utiliza un catalizador ácido sólido que comprende un soporte con partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado de estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido sobre este soporte, se mejora la actividad catalítica del catalizador mediante la reducción de la concentración de agua en los hidrocarburos, que son el material inicial de reacción, hasta 5 ppm o menos, particularmente hasta 1 ppm o menos, y la isomerización de los hidrocarburos puede llevarse a cabo a eficiencia elevada sin introducir ningún compuesto de cloro en el sistema de reacción.
Más particularmente, en el procedimiento de isomerización de hidrocarburos de la presente invención según se define en la reivindicación 1, se pone en contacto un catalizador ácido sólido que comprende un soporte con partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado, y un componente sulfúrico soportado sobre este soporte en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido, con hidrocarburos de partida como materia prima que presentan una concentración de agua de 5 ppm o menos, preferentemente de 1 ppm o menos, en términos del peso de la concentración de agua, en presencia de hidrógeno, con el fin de obtener hidrocarburos isomerizados y llevando a cabo la isomerización bajo las condiciones de la reivindicación 1. Resulta preferente que el catalizador ácido sólido comprenda preferentemente por lo menos un componente metal seleccionado de entre el grupo que consiste en metales de los grupos 8, 9 y 10, y/o que el soporte comprenda partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado, y partes realizadas en alúmina y/o en alúmina hidratada.
En la presente invención, la concentración de agua concerniente es una cantidad de agua contenida en el sistema de reacción. El hidrógeno, que es uno de los materiales iniciales, habitualmente se obtiene con facilidad con una concentración de agua de 0,5 ppm o menos. Por lo tanto, la concentración de agua realmente concerniente es la presente en los hidrocarburos de partida.
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un dispositivo de isomerización de hidrocarburos, que comprende:
un dispositivo de deshidratación, que reduce las concentraciones de agua del hidrógeno de partida y de los hidrocarburos de partida;
un reactor catalítico, al que se alimentan el hidrógeno de partida y los hidrocarburos de partida que han pasado a través de dicho dispositivo de deshidratación, e hidrógeno reciclado, y en el que se carga un catalizador ácido sólido que comprende un soporte que comprende partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido sobre el soporte,
un dispositivo de separación, que separa un producto de reacción enviado desde el reactor catalítico, en hidrógeno destinado a reciclarse y en producto hidrocarburo; y
un compresor, que comprime el hidrógeno reciclado enviado desde el dispositivo de separación, y lo alimenta al reactor catalítico.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama que muestra un ejemplo preferente de un dispositivo de isomerización para llevar a cabo el procedimiento de isomerización de hidrocarburos de la presente invención. En la figura 1, 1 es un tanque de material inicial, 2 es una bomba, 3 es una línea de hidrógeno, 4 es un dispositivo de deshidratación, 5 es un reactor catalítico, 6 es un dispositivo de separación gas-líquido, 7 es una tubería inferior, 8 es una tubería superior, 9 es el compresor, y 10 es un calentador eléctrico.
Mejor modo de poner en práctica la invención Hidrocarburos de partida
Como hidrocarburos de partida objeto de la isomerización de la presente invención puede utilizarse nafta ligera o una nafta completa obtenida mediante destilación y separación de aceite crudo, butano obtenido de un craqueador catalítico fluidizado, etc. Resulta preferente un solo compuesto hidrocarburo o una mezcla de varios compuestos hidrocarburo con un intervalo de puntos de ebullición de preferentemente entre -20ºC y 120ºC, particularmente con un intervalo de puntos de ebullición de entre -5ºC y 110ºC. Además, los hidrocarburos de partida contienen una concentración de agua de 5 ppm o menos, particularmente de 1 ppm o menos, todavía más preferentemente de 0,5 ppm o menos, en términos de peso de la concentración de agua. Los hidrocarburos que contienen una concentración de agua superior a este intervalo se utilizan tras reducir la concentración de agua con un adsorbente, etc.
Condiciones de la reacción de isomerización
Las condiciones de la reacción de isomerización de la presente invención varían según el catalizador utilizado y según el propósito de la reacción, aunque habitualmente el intervalo de temperaturas de reacción es de entre 50ºC y 250ºC, más preferentemente de entre 100ºC y 200ºC, el intervalo de presiones de reacción es de entre 101 kPa y 5.050 kPa (entre 1 kgf/cm^{2} y 50 kgf/cm^{2}), más preferentemente de entre 1.515 kPa y 4.040 kPa (entre 15 kgf/cm^{2} y 40 kgf/cm^{2}), y el intervalo de velocidades espaciales líquidas horarias (VELH) es de entre 0,2/h y 10/h. El intervalo de proporciones de hidrógeno/(hidrocarburos en el material inicial) preferentemente no es inferior a la cantidad de hidrógeno necesaria para la saturación del componente no saturado (componente olefina, componente aromático, etc.) contenido en los hidrocarburos de partida, más preferentemente no inferior a 0,1 moles/moles y no superior a 10 moles/moles.
El catalizador ácido sólido utilizado antes de la reacción de isomerización puede someterse a un tratamiento de reducción con hidrógeno. La temperatura de tratamiento en este caso preferentemente es inferior a 300ºC, particularmente preferentemente inferior a 250ºC. Si la temperatura de tratamiento es excesivamente elevada, el componente sulfúrico en el catalizador se reducirá y se producirá un deterioro de la actividad catalítica. Sin embargo, este tratamiento de reducción no resulta esencial y no resulta particularmente necesario llevar a cabo el tratamiento de reducción si la reacción se lleva a cabo en una atmósfera ambiente de hidrógeno. Además, el catalizador puede tratarse con un gas oxidante, tal como aire, etc., previamente a la reducción.
Impurezas en los hidrocarburos de partida
En el procedimiento de isomerización de la presente invención, la concentración del agua contenida en los hidrocarburos que sirven como el material inicial es de 5 ppm en peso o menos, deseablemente de 1 ppm en peso o menos, más deseablemente de 0,5 ppm en peso o menos. El agua contenida en los hidrocarburos puede analizarse con un medidor de humedad Karl Fischer, etc. La concentración de compuestos de azufre contenida en los hidrocarburos que sirven como el material inicial deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, más deseablemente de 1 ppm en peso o menos, todavía más deseablemente de 0,5 ppm en peso o menos, en términos de azufre. Los compuestos de azufre contenidos en los hidrocarburos pueden analizarse con un cromatógrafo de gases dotado de un detector de emisión atómica (DEA), etc. Respecto a las concentraciones de otras impurezas en los hidrocarburos como materiales iniciales, la concentración de compuestos de nitrógeno deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, más deseablemente de 1 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 0,1 ppm en peso o menos, en términos de nitrógeno. La concentración de compuestos de oxígeno aparte del agua deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, más deseablemente de 1 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 0,1 ppm en peso o menos, en términos de oxígeno. Resulta recomendable que la concentración de compuestos de arsénico sea de 5 ppb en peso o menos en términos de arsénico. Resulta recomendable que la concentración de compuestos de plomo sea de 20 ppb en peso o menos en términos de plomo. Resulta recomendable que la concentración de compuestos de cobre sea de 20 ppb en peso o menos en términos de cobre. La concentración de olefinas preferentemente es del 5% en peso o menos, más preferentemente del 1% en peso o menos. La concentración de compuestos de cloro preferentemente es de 1 ppm en peso o menos, más preferentemente de 0,1 ppm en peso o menos, en términos de cloro.
Impurezas en el hidrógeno
Respecto a la concentración de impurezas en el hidrógeno utilizado para el procedimiento de isomerización de la presente invención, la concentración de agua deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 1 ppm en peso o menos, todavía más deseablemente de 0,5 ppm en peso o menos. La concentración de compuestos de azufre deseablemente es de 10 ppm en peso o menos, más deseablemente de 5 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 1 ppm en peso o menos, en términos de azufre. La concentración de compuestos de nitrógeno deseablemente es de 50 ppm en peso o menos, más deseablemente de 10 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 1 ppm en peso o menos, en términos de nitrógeno. La concentración de compuestos de oxígeno aparte del agua deseablemente es de 500 ppm en peso o menos, más deseablemente de 100 ppm en peso o menos, particularmente deseablemente de 50 ppm en peso o menos, en términos de oxígeno.
Catalizador ácido sólido
Puede utilizarse como el catalizador ácido sólido en la presente invención un catalizador ácido sólido convencional conocido como sistema de óxido de circonio sulfatado (catalizador ácido sólido que comprende un soporte, que comprende partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido sobre este soporte). Además, mientras se obtengan los efectos contemplados por la presente invención, las partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado también pueden contener otros componentes de metal. Los otros componentes de metal pueden ser titanio, hafnio, vanadio, cromo, manganeso, hierro, silicio, galio, etc. Estos componentes de metal pueden utilizarse en la forma de un óxido compuesto y/o de un óxido compuesto hidratado que puede mezclarse con un componente adicional de un solo óxido y/o de un óxido hidratado. Resulta preferente que la cantidad de las partes realizadas en óxido de circonio y/o en circonio hidratado sea de entre el 20% y el 99% en peso, particularmente de entre el 50% y el 99% en peso, del peso del catalizador.
La concentración del componente sulfúrico del catalizador ácido sólido es de entre el 1% y el 10% en peso, en términos de la cantidad de azufre. El platino, paladio, rutenio, níquel, etc., resultan particularmente ideales para la utilización como el componente de metal seleccionado de entre los grupos 8, 9 y 10, y resulta preferente que se añadan de manera que la cantidad total del componente de metal de los grupos 8, 9 y/o 10 sea de entre el 0,05% y el 10% en peso respecto al catalizador ácido sólido.
La estructura cristalina de las partes del catalizador utilizado en la presente invención que consisten en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado es un sistema tetragonal. También puede encontrarse presente en parte una estructura cristalina monoclínica. Estas estructuras cristalinas pueden confirmarse mediante análisis de rayos X. En términos concretos, la proporción de área del pico en 2\theta = 28,2º respecto al área en 2\theta = 30,2ºC según se determina mediante difractometría de rayos X con radiación CuK\alpha (en lo sucesivo abreviada "proporción S28,2/S30,2", donde S28,2 es el área del pico de óxido de circonio monoclínico en 2\theta = 28,2º, y S30,2 es el área del pico de óxido de circonio tetragonal en 2\theta = 30,2º) es 1,0 o menos, preferentemente 0,3 o menos, con particular preferencia 0,05 o menos. Se obtiene una mayor actividad catalítica cuando prácticamente no existe estructura monoclínica.
Catalizador ácido sólido preferente
En la reacción de isomerización de la presente invención, resulta preferente la utilización de un catalizador que comprende un soporte que incluye partes realizadas en óxido de circonio y/o en óxido de circonio hidratado con una estructura cristalina tetragonal (en lo sucesivo también denominado simplemente "circonia") y partes realizadas en alúmina y/o en alúmina hidratada (en lo sucesivo también denominada simplemente "alúmina"), un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso, en términos de cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido sobre dicho soporte, y el componente de metal seleccionado de entre los metales de los grupos 8, 9 ó 10. Resulta preferente que este catalizador se prepare mediante amasado y conformación de hidróxido de aluminio y/o de óxido de aluminio hidratado, hidróxido de circonio y/o óxido de circonio hidratado, y un compuesto sulfurado, calcinación del artículo conformado obtenido de esta manera a una temperatura a la que se obtiene circonia con una estructura cristalina tetragonal, soportado del componente de metal seleccionado de entre los grupos 8, 9 ó 10, y después calcinación a una temperatura de entre 300ºC y 700ºC.
Durante la producción del catalizador que es el objetivo de la presente invención, el hidróxido de aluminio y/o el óxido de aluminio hidratado a utilizar pueden obtenerse mediante una diversidad de procedimientos. Si se utilizan \alpha-alúmina y \gamma-alúmina, que son óxidos de aluminio, en lugar del hidróxido de aluminio y/o del óxido de aluminio hidratado, se producirá una reducción de la resistencia a la compresión del catalizador, y la circonia monoclínica se introducirá con facilidad en el catalizador durante la calcinación posterior al conformado, comportando una reducción de la actividad catalítica.
Con respecto al hidróxido de aluminio y/o al hidróxido de aluminio hidratado, el peso de alúmina es de entre el 5% y el 90% en peso, preferentemente de entre el 5% y el 50% en peso, con particular preferencia de entre el 10% y el 50% en peso, del peso total de alúmina y circonia en el catalizador. Si es inferior a este intervalo, se producirá una reducción de la resistencia a la compresión del catalizador y resultará difícil estabilizar la circonia. Si excede dicho intervalo, se producirá una reducción relativa de la actividad catalítica.
El hidróxido de aluminio y/o el óxido de aluminio hidratado generalmente se utilizan en la forma de polvo con un tamaño medio de partícula de preferentemente entre 0,5 \mum y 50 \mum, más preferentemente de entre 0,5 \mum y 20 \mum, con el fin de mejorar la actividad catalítica y la resistencia a la compresión. La utilización de un óxido de aluminio hidratado con una estructura de boehmita, tal como la pseudoboehmita, etc., como el hidróxido de aluminio y/o el óxido de aluminio hidratado puede mejorar la actividad catalítica y, por lo tanto, resulta preferente.
Aunque el hidróxido y/o óxido hidratado de circonio pueden preparase mediante cualquier procedimiento, en general se preparan mediante neutralización o hidrólisis de sus sales y compuestos organometálicos, tales como oxicloruros o alcoholatos, cloruros, sulfatos, nitratos, oxisulfatos, etc. La resistencia a la compresión del catalizador se mejora y la circonia se estabiliza fácilmente cuando el hidróxido u óxido hidratado de circonio es amorfo, no presentando ninguna estructura cristalina evidente según la difracción de rayos X o de chorro de electrones. Además, habitualmente resulta preferente que el hidróxido de circonio y/o el óxido de circonio hidratado en la forma de un polvo con un tamaño medio de partícula de entre 0,5 \mum y 50 \mum, particularmente de entre 0,5 \mum y 20 \mum, a utilizar con el fin de mejorar la actividad catalítica y resistencia a la compresión.
El compuesto sulfurado es un compuesto que contiene un compuesto sulfúrico o un compuesto sulfurado que posteriormente puede convertirse en un componente sulfúrico mediante un tratamiento, tal como la calcinación, etc.
El ácido sulfúrico, sulfato amónico, ácido sulfuroso, sulfito amónico, cloruro de tionilo, etc., se proporcionan a título de ejemplos de los compuestos que contienen azufre. Sin embargo, preferentemente se utilizan los compuestos que contiene ácido sulfúrico, y resultan preferentes el sulfato amónico y el sulfato de dimetilo debido a su baja corrosividad para los equipos de producción. El compuesto sulfurado puede utilizarse en su estado original, o puede utilizarse en la forma de una solución, tal como una solución acuosa.
Con respecto al peso del compuesto sulfurado mezclado durante la producción del catalizador, resulta preferente una proporción de entre el 3% y el 40% en peso, más preferentemente entre el 10% y el 30% en peso del peso total de hidróxido de alúmina y/o óxido de aluminio hidratado, hidróxido de circonio y/o óxido de circonio hidratado, y compuesto sulfurado, debido a que mejora la actividad catalítica. Resulta de particular preferencia que el sulfato amónico, etc. se utilice como el compuesto sulfurado en forma sólida.
Además, el compuesto sulfurado puede encontrarse en forma sólida o en forma líquida. Además, no existen restricciones particulares a la concentración de la solución y puede prepararse considerando la cantidad de solución que resulta necesaria para el amasado que se llevará a cabo posteriormente. Resulta preferente que la cantidad añadida de compuesto sulfurado suponga que la cantidad de azufre sea de entre el 1% y el 10% en peso del catalizador ácido sólido obtenido finalmente. No existen restricciones particulares al procedimiento de mezcla utilizado.
Puede utilizarse cualquier tipo de amasadora para el amasado durante la producción del catalizador con la condición de que sea una amasadora utilizada generalmente para la preparación de catalizadores. Habitualmente, se utiliza preferentemente un procedimiento en el que, tras la introducción de los materiales iniciales en una amasadora, se añade agua y los materiales se mezclan con palas de mezcla, aunque no existen restricciones particulares al orden de introducción de los materiales iniciales y de los aditivos, etc. Normalmente se añade agua durante el amasado, pero no resulta necesario añadir agua cuando se utilizan polvos en forma de pasta, etc. También puede utilizarse un disolvente orgánico, tal como etanol, isopropanol, acetona, metiletilcetona, metilisobutilcetona, etc., como líquido añadido aparte de agua. Puede seleccionarse apropiadamente la temperatura y el tiempo de amasado dependiendo de las propiedades del hidróxido de aluminio y/o del óxido de aluminio hidratado, del hidróxido de circonio y/o del óxido de circonio hidratado, y el compuesto sulfurado utilizados como los materiales iniciales, etc., y no existen restricciones particulares con la condición de que estas condiciones no afecten significativamente el rendimiento del catalizador deseado. Además, puede añadirse ácido, tal como ácido nítrico, etc., y base, tal como amonio, etc., compuestos orgánicos, ligante, fibras cerámicas, surfactante, zeolita, etc., y amasarse con la condición de que de manera similar se encuentran dentro de un intervalo con el que se garantice el rendimiento del catalizador de la presente invención. Sin embargo, el catalizador de la presente invención presenta suficiente resistencia y actividad catalítica elevada, incluso si dichos aditivos se añaden durante el amasado.
Puede utilizarse cualquier procedimiento de conformación utilizado generalmente para la preparación de catalizadores, posteriormente al amasado durante la preparación del catalizador. Preferentemente se utiliza la conformación por extrusión con un extrusor de tipo husillo, etc., debido a que resulta posible la conformación en cualquier forma, tal como pellets, de panal de abejas, etc., con una buena eficiencia. No existen restricciones particulares al tamaño del artículo conformado, pero habitualmente se conforma a una longitud con una sección transversal de 0,2 mm o mayor de preferentemente entre 0,5 mm y 20 mm. Por ejemplo, pueden obtenerse habitualmente con facilidad pellets cilíndricos con un diámetro de entre 0,5 mm y 10 mm y con una longitud de entre 0,5 mm y 15 mm. La resistencia a la compresión tras la calcinación se ve fuertemente afectada por el amasado y, por lo tanto, resulta recomendable la determinar previamente la concentración de agua, el tiempo de amasado, la cantidad de electricidad, etc., durante el amasado anteriormente indicado.
La operación resulta simple, presentando un gran mérito industrial debido a que no existen procedimientos de filtración y de secado, etc., entre la etapa de mezcla y el amasado del compuesto sulfurado con otros materiales y la etapa de conformación. Además, debido a que se obtiene un catalizador conformado, resulta ideal para reacciones en lecho fijo, que resultan difíciles de realizar con catalizadores en polvo convencionales.
La calcinación posterior al conformado se lleva a cabo a una temperatura a la que puede obtenerse óxido de circonio tetragonal, en aire o en una atmósfera ambiente de gas, tal como nitrógeno, etc. Cuando se utiliza aluminio de tipo pseudoboehmita, la temperatura de calcinación preferente es de entre 450ºC y 800ºC, particularmente de entre 500ºC y 800ºC, más preferentemente de entre 600ºC y 800ºC. Además, el tiempo de calcinación preferente es de entre 0,1 y 20 horas. Existen casos en los que la proporción de cristales monoclínicos en los cristales de óxido de circonio se incrementará y la proporción de áreas entre la del pico en 2\theta = 28,2º y la del pico en 2\theta = 30,2º, excederá 1, y la actividad catalítica también caerá, al alcanzar la temperatura de calcinación valores excesivamente elevados, haciendo que dichos casos resulten no deseables. Además, el óxido de circonio no cristalizará y también se producirá una caída de actividad catalítica si la temperatura de calcinación es excesivamente baja, haciendo que ello no resulte deseable.
Los metales del grupo del platino, tales como platino, paladio, rutenio, etc., resultan particularmente ideales como el componente metálico seleccionado de entre los grupos 8, 9 y 10, contenidos en el catalizador utilizado en la presente invención. Resulta preferente que estos puedan utilizarse en la forma de un compuesto y no como metal solo. Estos compuestos de metal pueden ser anhídridos o hidratos. Además, estos compuestos de metal pueden utilizarse separadamente o en una combinación de dos o más de los mismos. Resulta preferente que estos compuestos de metal se añadan en una cantidad que permita que la cantidad total de elementos de los grupos 8, 9 y 10 sea de entre el 0,05% y el 10% en peso del catalizador ácido sólido obtenido finalmente.
Aunque no existen restricciones particulares al procedimiento de soporte, resultan ideales un procedimiento de impregnación, tal como la pulverización o la inmersión, etc., los procedimientos de intercambio iónico, etc. La calcinación de los artículos soportados anteriormente indicados durante 0,1 a 20 horas a una temperatura superior a 300ºC e inferior a 700ºC en aire o en una atmósfera ambiente de gas, tal como nitrógeno, etc., resulta preferente debido a que se incrementará la actividad catalítica.
Resulta preferente que la cantidad total de circonia y de alúmina en el catalizador de la presente invención se incremente hasta el 70% en peso o más, particularmente hasta el 80% en peso o más, en términos de actividad catalítica, resistencia del artículo conformado, etc. Para la utilización en la práctica, resulta preferente que la resistencia al conformado del catalizador sea de 3 kg o más en términos de resistencia a la compresión radial de pellets cilíndricos con un diámetro de 1,5 mm.
A continuación, se describe el dispositivo de isomerización preferente para llevar a cabo el procedimiento de isomerización de hidrocarburos de la presente invención.
Dispositivo de isomerización
El dispositivo de isomerización, que es un aspecto de la presente invención, comprende:
un dispositivo de deshidratación, que reduce la concentración de agua del hidrógeno de partida y de los hidrocarburos de partida;
un reactor catalítico, al que se alimentan el hidrógeno de partida y los hidrocarburos de partida que han pasado a través del dispositivo de deshidratación, e hidrógeno reciclado, y en el que se introduce un catalizador ácido sólido que comprende un soporte, que comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido sobre este soporte;
un dispositivo de separación, que separa el producto del reactor catalítico en hidrógeno a reciclar y el producto hidrocarburo; y
un compresor, que comprime el hidrógeno reciclado enviado por el dispositivo de separación y lo alimenta al reactor catalítico.
La estructura de un dispositivo de isomerización típico se muestra en la figura 1. Los hidrocarburos de partida se alimentan desde un tanque 1 de material inicial con una bomba 2, mientras que el hidrógeno de partida se introduce desde una línea de hidrógeno 3, mezclando asimismo estos materiales iniciales dentro de las tuberías e introduciéndolos en un dispositivo de deshidratación 4. El material inicial que ha pasado a través del dispositivo de deshidratación 4 se introduce en un reactor catalítico 5 cargado con el catalizador ácido sólido anteriormente indicado. El producto en el reactor catalítico 5 se introduce en un dispositivo de separación gas-líquido 6 y el producto hidrocarburo se emite desde una tubería inferior 7. El hidrógeno no reaccionado que se ha separado con el dispositivo de separación gas-líquido 6 se emite por una tubería superior 8 y se comprime con un compresor 9, se mezcla con el material inicial que ha pasado a través del dispositivo de deshidratación 4, y se introduce nuevamente en el reactor catalítico 5. En el dispositivo de deshidratación 4 se han empaquetado tamices moleculares 3A.
Dispositivo de deshidratación
El dispositivo de deshidratación reduce la concentración de agua de los hidrocarburos de partida y, en caso necesario, del hidrógeno de partida. En particular, el primero habitualmente contiene una concentración de agua que excede 5 ppm y, por lo tanto, la concentración de agua se reduce hasta 5 ppm en peso o menos, con particular preferencia hasta 1 ppm en peso o menos, todavía más preferentemente hasta 0,5 ppm en peso o menos, mediante el procedimiento de deshidratación. Puede utilizarse para el procedimiento de deshidratación, un procedimiento generalmente bien conocido, por ejemplo un procedimiento que utilice un adsorbente, tal como los tamices moleculares 3A, o alúmina, la destilación, etc, aunque no se encuentra limitado a estos procedimientos. Puede utilizarse cualquier tipo de procedimiento con la condición de que resulte posible llevar la concentración de agua de los materiales iniciales hasta la concentración de agua anteriormente indicada en términos de peso, o menos, aunque preferentemente se utiliza un procedimiento que utiliza un adsorbente. Los hidrocarburos de partida y, en caso necesario, el hidrógeno de partida, también pueden deshidratarse con dispositivos separados, aunque resulta preferente que se deshidrate una mezcla de los dos. Además, la concentración de agua incluida en los hidrocarburos puede analizarse con un medidor de humedad Karl Fischer, etc.
También resulta preferente que la concentración de azufre, la concentración de nitrógeno, y la concentración de oxígeno aparte del agua, se reduzcan. Específicamente, la concentración de compuestos de azufre deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, preferentemente más deseablemente es de 1 ppm en peso o menos, todavía más deseablemente es de 0,5 ppm en peso o menos, en términos de azufre. La concentración de los compuestos de nitrógeno deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, más deseablemente es de 1 ppm en peso o menos, todavía más deseablemente es de 0,1 ppm en peso o menos, en términos de nitrógeno. La concentración de compuestos de oxígeno aparte del agua deseablemente es de 5 ppm en peso o menos, más deseablemente es de 1 ppm en peso o menos, todavía más deseablemente es de 0,1 ppm en peso o menos, en términos de oxígeno.
Reactor catalítico
Generalmente se utiliza un reactor de lecho fijo para la isomerización, pero también puede utilizarse un reactor de lecho fluido o de lecho móvil. Además, la dirección de flujo de los materiales iniciales de reacción en la capa de catalizador pueden ser cualquier dirección, incluyendo desde arriba hasta por debajo de la capa de catalizador, y desde el centro de la capa de catalizador hasta el exterior de la misma. Se alimentan al reactor catalítico, hidrógeno reciclado y los hidrocarburos de partida y el hidrógeno de partida que han pasado por el dispositivo de deshidratación. Estos materiales normalmente se mezclan y después se alimentan al reactor, aunque también pueden alimentarse desde conductos de entrada separados hacia el interior del reactor. Los materiales iniciales que se alimentarán al reactor catalítico habitualmente se calientan tras la deshidratación con el fin de incrementar su temperatura hasta la temperatura apropiada para la isomerización, aunque el reactor catalítico mismo también puede estar dotado de medios de calentamiento.
Dispositivo de separación
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo de separación para separar el producto enviado desde el reactor catalítico hacia el hidrógeno a reciclar y los hidrocarburos. El hidrógeno y el producto hidrocarburo pueden separarse basándose en la diferencia de sus puntos de ebullición, y habitualmente se separan por medio de la separación gas-líquido. Sin embargo, también pueden separarse mediante destilación, etc. Además de hidrocarburos isomerizados, el producto hidrocarburo comprende un componente que es residuo de hidrocarburo de partida, un producto secundario resultante de la descomposición de los hidrocarburos, etc., y estos también pueden separarse simultáneamente con el dispositivo de separación.
Los hidrocarburos de cadena lineal o monorramificados incluidos en los hidrocarburos del que se ha separado hidrógeno, se separan adicionalmente del producto, mezclados con hidrocarburo de partida, y se hacen reaccionar nuevamente, y como resultado, también resulta posible mejorar adicionalmente la proporción de isómeros en el producto. Puede utilizarse una técnica de separación que utiliza un adsorbente de zeolita con selectividad de forma, o la separación por medio de destilación, al igual que para la separación de los hidrocarburos de cadena lineal, etc., del producto.
Compresor
En la presente invención, se utiliza un compresor para comprimir el hidrógeno reciclado enviado por el dispositivo de separación, hasta la presión necesaria requerida en el reactor catalítico. No existen restricciones particulares a la estructura del compresor con la condición de que se alcance la presión necesaria.
Ejemplos
A continuación, se describe la presente invención en detalle por medio de ejemplos.
Ejemplo 1 Procedimiento para la determinación del tamaño medio de partícula
Se determinó el tamaño medio de partícula mediante un procedimiento de determinación húmeda utilizando un analizador MICROTRAC de tamaño de partículas fabricado por Nikkiso N.K. El procedimiento implica irradiar polvo fluyente con un rayo láser y analizar el tamaño de partícula basándose en la luz dispersada hacia adelante.
Procedimiento de preparación de catalizador ácido sólido
Se secó hidróxido de circonio comercial con el fin de obtener circonio hidratado seco con un tamaño medio de partícula de 1,2 \mum. Después, se añadieron 500 g de alúmina hidratada (polvo de pseudoboehmita) con un tamaño medio de partícula de 10 \mum a 1,50 kg de la circonia hidratada seca en polvo. A continuación, se añadieron además 383 g de sulfato amónico y [la mezcla] se amasó durante 45 minutos con una amasadora con palas de mezcla mientras se añadía agua. El producto amasado obtenido de esta manera se extruyó con un extrusor que presentaba un orificio redondo (diámetro de 1,6 mm) y se secó a 110ºC para obtener pellets secos. A continuación, los pellets secos se calcinaron durante 2 horas a 650ºC, obteniendo un artículo conformado de circonia que soportaba un componente sulfúrico. Seguidamente, se añadieron 125 ml de una solución acuosa de ácido cloroplatínico para incrementar la cantidad de platino en el catalizador hasta el 0,5%, a 50 g del artículo conformado de circonia. Tras su secado, se calcinó durante 2 horas a 500ºC, obteniendo un catalizador ácido sólido que era un catalizador conformado de circonia/alúmina que soportaba platino y un componente sulfúrico.
Materiales iniciales de reacción
Se utilizó nafta ligera como un material hidrocarburo inicial para la isomerización. Esta nafta ligera comprendía 4,9% en peso de butano, 56,3% en peso de pentano, 32,6% en peso de hexano, 2,3% en peso de ciclopentano, 2,8% en peso de metilciclopentano y ciclohexano, 1,1% en peso de benceno y 0,1% en peso de olefina. La nafta ligera presentaba una concentración de agua de 40 ppm en peso y una concentración de azufre no superior a 1 ppm en peso. Esta nafta ligera sirvió como material inicial de reacción 1. La cantidad de hidrógeno necesaria para la hidrogenación del componente no saturado en esta nafta ligera era de 0,03 moles por cada 1 mol de nafta ligera. Además, la concentración de agua de la nafta ligera como el material inicial de reacción se había incrementado hasta 20 ppm en peso, 0,9 ppm en peso, 0,4 ppm en peso, y 0,1 ppm en peso mediante deshidratación con tamices moleculares 3A, proporcionando los materiales iniciales de reacción 2, 3, 4 y 5, respectivamente. Respecto a las otras impurezas incluidas en los materiales iniciales de reacción 1 a 5, la concentración de los compuestos de azufre era de 1 ppm en peso o menos en términos de azufre, la concentración de los compuestos de nitrógeno era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de nitrógeno, la concentración de los compuestos de oxígeno aparte del agua era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de oxígeno, la concentración de los compuestos de arsénico era de 5 ppb en peso o menos en términos de arsénico, la concentración de compuesto de plomo era de 20 ppb en peso o menos en términos de plomo, la concentración de compuestos de cobre era de 20 ppb en peso o menos en términos de cobre, y la concentración de compuestos de cloro era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de cloro.
Además, el gas hidrógeno utilizado en la reacción presentaba una pureza del 99,99% en volumen y una concentración de agua de 0,5 ppm en peso o menos. Respecto a las demás impurezas, la concentración de los compuestos de azufre era de 1 ppm en peso o menos en términos de azufre, la concentración de los compuestos de nitrógeno era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de nitrógeno, la concentración de los compuestos de oxígeno aparte del agua era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de oxígeno, y la concentración de compuestos de cloro era de 0,1 ppm en peso o menos en términos de cloro.
Procedimiento de reacción
El catalizador ácido sólido se granuló formando partículas de malla 16 a 24. Se cargaron cuatro mililitros del catalizador tras su granulación en un reactor de flujo de lecho fijo con una longitud de 50 cm y un diámetro interior de 1 cm y se llevó a cabo la isomerización tras un tratamiento previo. El tratamiento previo del catalizador se llevó a cabo a 200ºC en una corriente de gas hidrógeno a presión normal.
La isomerización de los hidrocarburos se llevó a cabo a una presión de reacción (presión medida) de 3.030 kPa (30 kg/cm^{2}), una VELH de 2 h^{-1}, una proporción de hidrógeno/hidrocarburo de 2 (moles/moles) y una temperatura de reacción de 150ºC. La reacción se inició utilizando los materiales iniciales de reacción 1 a 4 como materiales de inicio y el gas descargado por la salida del reactor se analizó mediante cromatografía de gases transcurridas 200 horas desde el inicio de la reacción. La composición en la salida del tubo de reacción, que es el resultado del análisis, se muestra en la Tabla 1. Resulta evidente que la actividad catalítica mejora marcadamente cuando la concentración en peso de agua del material inicial es de 1 ppm o menos.
Además, la reacción se inició a una presión de reacción (presión medida) de 30 kg/cm^{2}, VELH de 2 h^{-1}, proporción de hidrógeno/hidrocarburo de 0,14 (moles/moles) y temperatura de reacción de 130ºC utilizando el material inicial de reacción 5 como el material inicial y el gas de salida del reactor se analizó mediante cromatografía de gases transcurridas 500 horas desde el inicio de la reacción. Se muestran los resultados en la Tabla 1.
TABLA 1
Material inicial Concentración de Composición en la salida del tubo de reacción
de reacción agua (ppm)
Isopentano/pentano 2,2-dimetilbutano/hexano
Material inicial de 40 0,506 0,056
reacción 1
Material inicial de 20 0,535 0,065
reacción 2
Material inicial de 0,9 0,760 0,329
reacción 3
Material inicial de 0,4 0,765 0,335
reacción 4
Material inicial de 0,1 0,759 0,330
reacción 5
Ejemplo 2
Se utilizó el mismo catalizador ácido sólido del Ejemplo 1.
Material inicial de reacción
Se utilizó nafta ligera como el hidrocarburo de partida, que era un material inicial para la isomerización. Esta nafta ligera comprendía 4,9% en peso de butano, 56,3% en peso de pentano, 32,6% en peso de hexano, 2,3% en peso de ciclopentano, 2,8% en peso de metilciclopentano y ciclohexano, y 1,1% en peso de benceno. La nafta ligera presentaba una concentración de agua de 40 ppm en peso y una concentración de azufre de 1 ppm en peso o menos. Además, el gas hidrógeno utilizado como el hidrógeno de partida en la reacción presentaba una pureza del 99,99% en volumen o más y una concentración de agua de 0,5 ppm en peso o menos.
Dispositivo de isomerización
Se muestra la estructura del dispositivo de isomerización en la figura 1. Se introdujeron los hidrocarburos de partida desde el tanque 1 de material inicial con la bomba 2, mientras que el hidrógeno de partida se introdujo desde la línea de hidrógeno 3, mezclando estos materiales iniciales en las tuberías e introduciéndolos en el dispositivo de deshidratación 4. El material inicial que había pasado a través del dispositivo de deshidratación 4 se introdujo en el reactor catalítico 5 en el que se había cargado el catalizador ácido sólido anteriormente indicado. El producto de reacción en el reactor catalítico 5 se introdujo en el dispositivo de separación gas-líquido 6 y se extrajo el producto hidrocarburo de la tubería inferior del fondo 7. El hidrógeno no reaccionado que se había separado con el dispositivo de separación gas-líquido 6 se emitió por la tubería superior 8, se comprimió con el compresor 9, se mezcló con los materiales iniciales que se habían alimentado por el dispositivo de deshidratación, y se introdujeron nuevamente en el reactor catalítico 5. Se empaquetaron tamices moleculares 3A en el dispositivo de deshidratación 4.
Procedimiento de reacción
El reactor catalítico 5 era un reactor de flujo de lecho fijo con una longitud de 50 cm y un diámetro interior de 1 cm y se calentó desde la periferia externa con un calentador eléctrico 10. Se cargaron cuatro mililitros del catalizador ácido sólido que se había granulado en partículas de malla 16 a 24, en el reactor catalítico 5 y se llevó a cabo la isomerización tras un tratamiento previo. El tratamiento previo del catalizador se llevó a cabo a 200ºC en una corriente de hidrógeno a presión normal.
La isomerización de los hidrocarburos se llevó a cabo bajo condiciones de una presión de reacción (presión medida) de 3.030 kPa (30 kg/cm^{2}), VELH de 2 h^{-1}, proporción de hidrógeno/hidrocarburo de 2 moles/moles y temperatura de reacción de 150ºC. Además, cuando la concentración de agua en la salida del dispositivo de deshidratación 4 bajo estas condiciones de reacción se analizó con el medidor de humedad Karl Fischer, la concentración de agua era de 0,4 ppm en términos de peso de la concentración de agua transcurridas 200 horas desde el inicio de la reacción. La composición de hidrocarburos extraída de la tubería inferior 7 se analizó mediante cromatografía de gases transcurridas 200 horas desde el inicio de la reacción.
A título de comparación, la reacción se llevó a cabo sin cargar tamices moleculares 3A en el dispositivo de deshidratación 4, denominándola reacción 1. Por otra parte, la reacción en la que se cargaron tamices moleculares 3A en el dispositivo de deshidratación 4 se denominó reacción 2. Las proporciones de composición de hidrocarburos extraídos de la tubería inferior 7, que son resultados del análisis de cromatografía de gases, se muestran en la Tabla 2. Se evaluaron las proporciones de isopentano con cinco carbonos respecto a los hidrocarburos saturados cíclicos (isopentano/pentano), y de 2,2-dimetilbutano con seis carbonos respecto a los hidrocarburos saturados cíclicos (2,2-dimetilbutano/hexano) como proporciones de composición. Se puso de manifiesto que los resultados de la reacción de isomerización mejoraban marcadamente llevando la concentración de agua de los materiales iniciales a 0,5 ppm o menos con el dispositivo de deshidratación 4.
TABLA 2
Material inicial de reacción Proporciones de composición en la salida del tubo de reacción
Isopentano/pentano 2,2-dimetilbutano/hexano
Reacción 1 0,504 0,054
Reacción 2 0,763 0,332
Aplicabilidad industrial
De acuerdo con la presente invención, la isomerización de hidrocarburos se lleva a cabo poniendo en contacto entre sí en presencia de hidrógeno, hidrocarburos de partida que comprenden una concentración de agua de 5 ppm o menos, particularmente 1 ppm o menos, en términos de peso de agua, y un catalizador ácido sólido específico. La isomerización puede llevarse a cabo a eficiencia elevada sin introducir un compuesto de cloro en el sistema de reacción mediante la utilización del catalizador ácido sólido específico.
Además, debido a que no resulta necesario introducir un compuesto de cloro en el sistema de reacción, el procedimiento por el que se separa el compuesto de cloro del producto de reacción puede omitirse y evitarse el problema de la corrosión de los equipos por parte del compuesto de cloro.

Claims (7)

1. Procedimiento de isomerización de hidrocarburos para la obtención de hidrocarburos isomerizados, que comprende:
poner en contacto un catalizador ácido sólido que comprende un soporte que comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso, en términos de la cantidad de azufre en el catalizador ácido sólido, sobre el soporte con hidrocarburos de partida que presentan una concentración de agua de 5 ppm o menos en términos de peso del agua, en presencia de hidrógeno, y
llevar a cabo la isomerización de los hidrocarburos a una temperatura de reacción de entre 50ºC y 250ºC, y en un intervalo de presiones de reacción de entre 1.515 kPa y 4.040 kPa (entre 15 y 40 kgf/cm^{2}).
2. Procedimiento de isomerización de hidrocarburos según la reivindicación 1, en el que el soporte en la reivindicación 1 comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada que presenta una estructura cristalina tetragonal y partes realizadas en alúmina y/o en alúmina hidratada.
3. Procedimiento de isomerización de hidrocarburos según la reivindicación 1 ó 2, en el que el catalizador ácido sólido indicado en la reivindicación 1 comprende por lo menos un componente metal seleccionado de entre el grupo de metales de los grupos 8, 9 y 10.
4. Procedimiento de isomerización de hidrocarburos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la proporción molar de hidrógeno/hidrocarburos de partida en la reivindicación 1 no es inferior a la cantidad de hidrógeno necesaria para la saturación de un componente no saturado contenido en los hidrocarburos de partida y no superior a 10.
5. Procedimiento de isomerización de hidrocarburos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la proporción molar de hidrógeno/hidrocarburo de partida en la reivindicación 1 es de entre 0,1 y 10.
6. Dispositivo de isomerización de hidrocarburos, que comprende:
un dispositivo de deshidratación, que reduce las concentraciones de agua del hidrógeno de partida y de los hidrocarburos de partida;
un reactor catalítico, al que se alimentan el hidrógeno de partida y los hidrocarburos de partida que han pasado a través de dicho dispositivo de deshidratación, e hidrógeno reciclado, y en el que se carga un catalizador ácido sólido que comprende un soporte que comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada con una estructura cristalina tetragonal, y un componente sulfúrico soportado en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso, en términos de la cantidad de azufre del catalizador ácido sólido, en el soporte,
un dispositivo de separación, que separa un producto de reacción enviado desde el reactor catalítico en hidrógeno a reciclar y en un producto hidrocarburo; y
un compresor, que comprime el hidrógeno reciclado enviado por el dispositivo de separación y lo alimenta al reactor catalítico.
7. Dispositivo de isomerización de hidrocarburos según la reivindicación 6, en el que el soporte indicado en la reivindicación 6 comprende partes realizadas en circonia y/o en circonia hidratada con una estructura cristalina tetragonal y partes realizadas en alúmina y/o en alúmina hidratada.
ES99973305T 1998-12-04 1999-12-02 Procedimiento de isomerizacion de hidrocarburos, catalizador de acido solido y sistema de isomerizacion paa usar con dicho procedimiento. Expired - Lifetime ES2270639T3 (es)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34531298A JP3730792B2 (ja) 1998-12-04 1998-12-04 炭化水素の異性化方法
JP10-345312 1998-12-04
JP1254999 1999-01-21
JP11-12549 1999-01-21
JP14458499 1999-05-25
JP11-144584 1999-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2270639T3 true ES2270639T3 (es) 2007-04-01

Family

ID=27279879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES99973305T Expired - Lifetime ES2270639T3 (es) 1998-12-04 1999-12-02 Procedimiento de isomerizacion de hidrocarburos, catalizador de acido solido y sistema de isomerizacion paa usar con dicho procedimiento.

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1052280B1 (es)
KR (1) KR20010089286A (es)
CN (1) CN1185325C (es)
AT (1) ATE337387T1 (es)
CA (1) CA2319534C (es)
DE (1) DE69932921T2 (es)
ES (1) ES2270639T3 (es)
WO (1) WO2000034415A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497943B2 (en) 2002-08-30 2009-03-03 Baker Hughes Incorporated Additives to enhance metal and amine removal in refinery desalting processes
US8425765B2 (en) * 2002-08-30 2013-04-23 Baker Hughes Incorporated Method of injecting solid organic acids into crude oil
JP2016222647A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 セントラル硝子株式会社 ハイドロハロフルオロオレフィンの製造方法
CN109265308A (zh) * 2018-11-07 2019-01-25 厦门大学 一种使用固体酸双功能催化剂的正丁烷异构化的生产方法
RU2693464C1 (ru) * 2018-11-12 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) Катализатор изомеризации н-бутана в изобутан, способ его приготовления и процесс получения изобутана с использованием данного катализатора
CN114870872A (zh) * 2022-05-25 2022-08-09 润泰化学(泰兴)有限公司 异丁醛催化合成甲基异丙基酮固体超强酸催化剂的制备方法及其应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4280899A (en) * 1978-05-15 1981-07-28 Uop Inc. Hydrocarbon dehydrocyclization with an acidic multimetallic catalytic composite
US4923595A (en) * 1986-09-22 1990-05-08 Uop Trimetallic reforming catalyst
JPH04187239A (ja) * 1990-11-19 1992-07-03 Nikko Kyodo Co Ltd 固体酸触媒の製造方法
US5106484A (en) * 1990-12-19 1992-04-21 Exxon Chemical Patents Inc. Purifying feed for reforming over zeolite catalysts
JPH0975735A (ja) * 1995-09-19 1997-03-25 Japan Energy Corp 固体酸触媒の製造方法
CN1100613C (zh) * 1996-09-05 2003-02-05 株式会社日本能源 固体酸催化剂及其制备方法
JPH10195001A (ja) * 1997-01-09 1998-07-28 Japan Energy Corp メチルシクロペンタン含有炭化水素の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010089286A (ko) 2001-09-29
CN1324392A (zh) 2001-11-28
ATE337387T1 (de) 2006-09-15
DE69932921T2 (de) 2006-12-14
WO2000034415A1 (fr) 2000-06-15
CA2319534C (en) 2008-07-15
CA2319534A1 (en) 2000-06-15
EP1052280A4 (en) 2002-03-06
EP1052280B1 (en) 2006-08-23
DE69932921D1 (de) 2006-10-05
CN1185325C (zh) 2005-01-19
EP1052280A1 (en) 2000-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ali et al. Synthesis, characterization and catalytic activity of ZSM-5 zeolites having variable silicon-to-aluminum ratios
KR100327891B1 (ko) 고체산촉매 및 그 제조방법
Semelsberger et al. Role of acidity on the hydrolysis of dimethyl ether (DME) to methanol
Hong et al. Hollow ZSM-5 encapsulated Pt nanoparticles for selective catalytic reduction of NO by hydrogen
EP0174836A2 (en) Solid strong acid catalyst
CN113164935A (zh) 一种通过金属浸渍zsm-5+层状丝光沸石复合催化剂将重质重整产物转化为btx的方法;所述复合催化剂
ES2270639T3 (es) Procedimiento de isomerizacion de hidrocarburos, catalizador de acido solido y sistema de isomerizacion paa usar con dicho procedimiento.
CA2477617C (en) Hydrocarbon isomerization method
Ammar et al. Zn-Co bimetallic supported ZSM-5 catalyst for phosgene-free synthesis of hexamethylene–1, 6–diisocyanate by thermal decomposition of hexamethylene–1, 6–dicarbamate
JP3989078B2 (ja) 固体酸触媒の製造方法
US20240352365A1 (en) Catalyst for synthesizing liquefied petroleum gas and method for producing liquefied petroleum gas
EP1374993A2 (en) Solid acid catalyst containing platinum group metal component and method for preparation thereof
JP4830944B2 (ja) エチルベンゼンの脱アルキル化及びキシレンの異性化二元機能触媒
Wang et al. Isomerization of n-butane by gallium-promoted sulfated zirconia supported on MCM-41
EP3973035B1 (en) Methods for producing c2 to c5 paraffins using a hybrid catalyst comprising a high acidity microporous component
TW201902818A (zh) 在銥及/或銠催化劑存在下將二氧化碳氫化的方法
WO2012033437A1 (ru) Катализатор, способ его получения (варианты) и способ жидкофазного алкилирования изобутана олефинами с2÷с4 в его присутствии
JP3730792B2 (ja) 炭化水素の異性化方法
US20240326028A1 (en) Catalyst for synthesizing liquefied petroleum gas and method for producing liquefied petroleum gas
Madduluri et al. Highly Effective Zirconia/γ-Alumina for Continuous Vapor Phase N-methylation of Aniline
CN104684887B (zh) 2‑(乙基氨基)乙醇的制造方法
EP1130079A1 (en) Method of isomerizing hydrocarbon
JPWO2000012652A1 (ja) 炭化水素の異性化方法
JP2001040367A (ja) 炭化水素の異性化方法、それに用いる固体酸触媒および異性化装置
JP4191059B2 (ja) 炭化水素の異性化方法