PL165576B1

PL165576B1 - Method of processing aromatic hydrocarbons having 8 carbon atoms so as to increase p-xylene content

Info

Publication number: PL165576B1
Application number: PL29271191A
Authority: PL
Inventors: Irena Petrykowska; Anna Bazarnik; Stanislaw Szwaczyk; Hanna Rybak; Lucja Sidorowicz; Jozef Sztyller; Marek Borowiak; Witold Tecza
Original assignee: Inst Chemii Przemyslowej
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1995-01-31
Also published as: PL292711A1

Abstract

Sposób przerobu węglowodorów aromatycznych o 8 atomach węgla w kierunku zwiększenia zawartości p-ksylenu przez kontaktowanie surowca z katalizatorem zeolitowym w fazie parowej pod zwiększonym ciśnieniem wodoru, znamienny tym, że proces prowadzi się w temperaturze 340 -400°C w obecności katalizatora z zeolitu ZSM-5 w formie sodowo-wodorowomagnezowej połączonego z matrycą z tlenku glinowego, przy czym katalizator otrzymuje się z 5 - 30% wagowych formy sodowo-amonowo-magnezowej zeolitu ZSM-5 uprzednio wytworzonego bez dodatku związku organicznego zawierającego azot o module SiO2/Al2O3 wynoszącym 15 - 40 i z 95 - 70% wagowy soli glinowych w przeliczeniu na tlenek glinu, przez połączenie podczas intensywnego mieszania zawiesiny zeolitu w roztworze soli glinu z wodorotlenkiem amonowym, oddzielenie czystej masy katalitycznej, wysuszenie i wyprażenie jej w temperaturze 250 - 550°C.A method of processing aromatic hydrocarbons with 8 carbon atoms in the direction of increase p-xylene content by contacting the feed with the zeolite in-phase catalyst under increased pressure of hydrogen, characterized in that the process is carried out at a temperature 340 -400 ° C in the presence of a ZSM-5 zeolite catalyst in the sodium-hydrogen-magnesium form combined with an alumina matrix, the catalyst being prepared from 5 - 30% by weight of the sodium-ammonium-magnesium form of the ZSM-5 zeolite previously prepared without the addition of a nitrogen-containing organic compound with a SiO2 / Al2O3 modulus of 15 - 40 and from 95 - 70% by weight of aluminum salts, calculated as alumina, by combining during intensive mixing of the zeolite suspension in a solution of aluminum salt with ammonium hydroxide, separation of the pure catalytic mass, drying and calcination at a temperature of 250 - 550 ° C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób izomeryzacji mieszaniny ksylenów zawierających etylobenzen, ewentualnie przerobu poszczególnych izomerów ksylenu w kierunku zwiększenia zawartości p-ksylenu.The subject of the invention is a process for the isomerization of a mixture of xylenes containing ethylbenzene, or the processing of individual xylene isomers in order to increase the content of p-xylene.

Z polskiego opisu patentowego nr 114 276 znany jest proces izomeryzacji ksylenów w fazie gazowej z zastosowaniem katalizatora zeolitowego typu ZSM, ewentualnie zmieszanym z tlenkiem glinu jako środkiem zwiążącym. Proces prowadzi się w temperaturze 232 - 482°C w obecności wodoru pod ciśnieniem 340 - 3500 kPa z zastosowaniem rozcieńczalnika surowca jakim jest toluen i węglowodory C9.The Polish patent specification No. 114 276 describes the process of xylene isomerization in the gas phase using a zeolite catalyst of the ZSM type, possibly mixed with aluminum oxide as a binder. The process is carried out at a temperature of 232 - 482 ° C in the presence of hydrogen at a pressure of 340 - 3500 kPa with the use of a raw material diluent such as toluene and C9 hydrocarbons.

Z polskiego opisu patentowego nr 124 493 znany jest sposób katalitycznej izomeryzacji w fazie bazowej metylopodstawionych węglowodorów aromatycznych. Surowiec kontaktuje się z wodorem pod ciśnieniem 137 - 3450 kPa w temperaturze 427 - 538°C w obecności kompozycji katalitycznej składającej się z materiału wiążącego, jak tlenek glinu oraz krystalicznego zeolitu glinokrzemianowego typu ZSM z naniesionymi kationami metalu VIII grupy układu okresowego pierwiastków.The Polish patent specification No. 124,493 describes a method of catalytic isomerization of methyl substituted aromatic hydrocarbons in the base phase. The raw material is contacted with hydrogen at a pressure of 137 - 3450 kPa and a temperature of 427 - 538 ° C in the presence of a catalytic composition consisting of a binding material, such as alumina, and crystalline ZSM-type aluminosilicate zeolite with deposited metal cations of group VIII of the Periodic Table of Elements.

Według polskiego opisu patentowego nr 122 594 izomeryzację węglowodorów aromatycznych o 8 atomach węgla prowadzi się w fazie gazowej w temperaturze 260 - 430°C pod ciśnieniem od 785 kPa ciśnienia parcjalnego związków aromatycznych, a jako katalizator stosuje się zeolit glinokrzemianowy, korzystnie typu ZSM-5 ewentualnie zmieszany z nośnikiem.According to the Polish patent description No. 122 594, the isomerization of aromatic hydrocarbons with 8 carbon atoms is carried out in the gas phase at a temperature of 260 - 430 ° C under a pressure of 785 kPa of the partial pressure of aromatic compounds, and the catalyst is aluminosilicate zeolite, preferably of the ZSM-5 type, or mixed with the carrier.

Dotychczas stosowane w tym procesie zeolity typu ZSM były otrzymywane przez zmieszanie i krystalizację związków glinu i krzemu z dodatkiem związków organicznych zawierających azot, a dodatek tlenku glinu do wytworzonego zeolitu pełnił rolę lepiszcza lub rozcieńczalnika. Najczęściej są to katalizatory bifunkcyjne, zawierające jony metali szlachetnych. Każdy z tych katalizatorów wymagał odpowiednich warunków prowadzenia procesu izomeryzacji. Zwykle przerobowi poddaje się mieszaniny zawierające około 50% meta-ksylenu, 13 - 24% etylobenzenu, resztę stanowią para- i orto-ksylen. Z produktów reakcji orto-ksylen wydziela się przez destylację, zaś p-ksylen metodami adsorpcyjnymi, najczęściej jednak przez wymrażanie w temperaturze około - 50°C. Zawarty w produktach etylobenzen nie jest wydzielany i przechodzi przez wszystkie operacje, jest materiałem balastowym, gdyż jego masę trzeba uwzględnić w bilansie energetycznym, t. j. przy dogrzewaniu surowca do 420°C, a następnie po oddzieleniu orto-ksylenu, przy schładzaniu produktów do temperatury - 50°C w celu wydzielenia para-ksylenu. Duża zawartość etylobenzenu podraża koszt wytwarzania p-ksylenu.So far, the zeolites of the ZSM type used in this process were obtained by mixing and crystallizing aluminum and silicon compounds with the addition of nitrogen-containing organic compounds, and the addition of aluminum oxide to the zeolite produced acted as a binder or diluent. Most often they are bifunctional catalysts containing noble metal ions. Each of these catalysts required appropriate conditions for the isomerization process. Typically mixtures containing about 50% meta-xylene, 13-24% ethylbenzene, the rest are para- and ortho-xylene are processed. Ortho-xylene is separated from the reaction products by distillation, and p-xylene by adsorption methods, most often, however, by freezing at a temperature of about - 50 ° C. Ethylbenzene contained in the products is not released and goes through all operations, it is a ballast material, because its mass must be taken into account in the energy balance, i.e. when heating the raw material to 420 ° C, and then after ortho-xylene separation, when cooling the products to a temperature of - 50 ° C to separate para-xylene. The high content of ethylbenzene makes p-xylene more expensive.

Celem wynalazku było takie poprowadzenie procesu aby w trakcie izomeryzacji surowca ksylenowego zawarta w nim ilość etylobenzenu ulegała zmniejszeniu, a w przypadku gdy surowcem są indywidualne ksyleny nie tworzył się etylobenzen.The object of the invention was to carry out the process in such a way that during the isomerization of the xylene raw material, the amount of ethylbenzene contained therein was reduced, and if the raw material was individual xylenes, no ethylbenzene was formed.

165 576165 576

Nieoczekiwanie okazało się, że wynik taki otrzymuje się prowadząc proces sposobem według wynalazku. Polega on na tym, że surowiec ksylenowy kontaktuje się w temperaturze 340 - 400°C z katalizatorem z zeolitu ZSM-5 w formie sodowo-wodorowo-magnezowej połączonym z matrycą z tlenku glinowego. Katalizator ten otrzymuje się 5 - 30% wagowych form sodowo-amonowomagnezowej zeolitu ZSM-5 o module SiO 2(ALO3 wynoszącym 15-40%, uprzednio wytworzonego bez dodatku związku organicznego z azotem, i z 95 - 70% wagowych soli glinowych w przeliczeniu na tlenek glinu. Zeolit miesza się z roztworem soli glinowych i podczas intensywnego mieszania wprowadza się wodorotlenek amonu, wówczas na rozproszonym zeolicie wytrąca się osad wodorotlenku glinowego. Otrzymaną masę katalityczną odfiltrowuje się, przemywa wodą destylowaną, suszy i praży w temperaturze 250 - 550°C.It has surprisingly turned out that such a result is obtained by carrying out the process according to the invention. It consists in contacting the xylene raw material at a temperature of 340 - 400 ° C with a ZSM-5 zeolite catalyst in the sodium-hydrogen-magnesium form combined with an alumina matrix. This catalyst is obtained from 5 - 30% by weight of the sodium-ammonium-magnesium form of the zeolite ZSM-5 with a SiO 2 modulus (ALO3 of 15-40%, previously prepared without the addition of an organic compound with nitrogen, and from 95 - 70% by weight of aluminum salts, calculated as oxide The zeolite is mixed with a solution of aluminum salts and ammonium hydroxide is introduced with vigorous stirring, then aluminum hydroxide precipitates on the dispersed zeolite The obtained catalytic mass is filtered off, washed with distilled water, dried and calcined at 250 - 550 ° C.

W procesie izomeryzacji węglowodorów aromatycznych o 8 atomach węgla według wynalazku może być zastosowany również wodór pod ciśnieniem do 1,6· 10³kPa w ilości 0,5-4 moli wodoru na 1 mol węglowodoru.In the process of isomerization of 8-carbon aromatic hydrocarbons according to the invention, hydrogen can also be used under a pressure of up to 1.6 · 10 ³ kPa in an amount of 0.5-4 moles of hydrogen per 1 mole of hydrocarbon.

Jeżeli w ten sposób, przy użyciu tak otrzymanego katalizatora przerabia się mieszaninę ksylenów zawierających etylobenzen to w procesie izomeryzacji ilość etylobenzenu ulega znacznemu obniżeniu, dzięki przemianie do benzenu, toluenu, ksylenów i trójmetylobenzenów. Produkty te można oddzielić przez destylację od ksylenów i do operacji wymrażania skierować masę frakcji ksylenowej pomniejszoną o przereagowany etylobenzen.If the mixture of xylenes containing ethylbenzene is processed in this way with the catalyst thus obtained, the amount of ethylbenzene is significantly reduced in the isomerization process, due to the conversion to benzene, toluene, xylenes and trimethylbenzenes. These products can be separated from the xylenes by distillation and the mass of the xylene fraction minus the reacted ethylbenzene can be directed to the freezing operation.

W przypadku gdy jako surowiec stosuje się meta lub orto-ksylen, w procesie izomeryzacji według wynalazku, nie tworzy się etylobenzen. Ma to duże znaczenie ekonomiczne, gdyż efekty energetyczne w znacznej mierze rzutują na ekonomikę procesów.When meta or ortho-xylene is used as the raw material, no ethylbenzene is formed in the isomerization process of the invention. It is of great economic importance as energy effects largely affect the economics of processes.

Przykład I. 10 części wagowych zeolitu ZSM-5, otrzymanego bez udziału związków organicznych zawierających azot, o module SiO2/Al2O3 = 26 w formie sodowo-amonowo-magnezowej zmieszano z azotanem glinu w przeliczeniu na 90 części wagowych AI2O3 i podczas intensywnego mieszania zawiesinę zeolitu połączono z wodorotlenkiem amonu. Wówczas na rozproszonym zeolicie wytrącał się osad wodorotlenku glinowego. Wytworzoną masę katalityczną odfiltrowano, odmywano wodą destylowną od azotanów, filtrowano, suszono i prażono w temperaturze 250 550°C.Example 1 10 parts by weight of ZSM-5 zeolite, obtained without nitrogen-containing organic compounds, with a modulus of SiO2 / Al2O3 = 26 in the sodium-ammonium-magnesium form, was mixed with aluminum nitrate based on 90 parts by weight of Al2O3 and, with intensive stirring, the zeolite suspension combined with ammonium hydroxide. The aluminum hydroxide precipitate then formed on the dispersed zeolite. The resulting catalytic mass was filtered off, washed with distilled water from nitrates, filtered, dried and calcined at a temperature of 250–50 ° C.

W reaktorze przepływowym umieszczano 100cm³ tak przygotowanego katalizatora w złożu stacjonarnym. W temperaturze 340°C pod ciśnieniem atmosferycznym dozowano surowiec ksylenowy zawierający etylobenzenem w ilości 100cm³ surowca na godzinę . W ciektym produkcie reakcji otrzymano wysoką zawartość p-ksylenu i obniżoną zawartość etylobenzenu. Skład surowca i produktu ciekłego podano w tabeli 1.100 cm ^{3 of the} catalyst prepared in this way was placed in a stationary bed in the flow reactor. At the temperature of 340 ° C under atmospheric pressure, the xylene raw material containing ethylbenzene in the amount of 100 cm ^{3 of} raw material per hour was dosed. A high p-xylene content and a lowered ethylbenzene content were obtained in the liquid reaction product. The composition of the raw material and the liquid product is given in Table 1.

Tabela 1Table 1

Wyszczególnienie składników Listing of ingredients Zawartość związku w % wagowych Compound content in wt.% w surowcu in the raw material w produkcie in the product Parafiny i cykloparafiny Paraffins and cycloparaffins 0,70 0.70 0,30 0.30 Benzen Benzene 0,50 0.50 3,00 3.00 Toluen Toluene 3,50 3.50 5,00 5.00 Etylobenzen Ethylbenzene 14,10 14.10 9,28 9.28 p-ksylen p-xylene U.10 U.10 20,37 20.37 m-ksylen m-xylene 46,50 46.50 42,64 42.64 o-ksylen o-xylene 115,20 115.20 15,69 15.69 Węglowodory cięzsze od ksylenów Hydrocarbons heavier than xylenes 2,1 2.1 3,72 3.72

Przykład II. W reaktorze przepływowym umieszczono w złożu stacjonarnym 100cm3 katalizatora zeolitowego jak w przykładzie I. W temperaturze 360°C pod ciśnieniem 1,0 X10³ kPa wobec wodoru w ilości 0,8 mole/mol węglowodoru dozowano m-ksylen w ilości 300 cm³/godzinę.Example II. The flow reactor was placed in a 100cm3 fixed bed of a zeolitic catalyst as in Example I. At a temperature of 360 ° C under a pressure of 1.0 X 10 ³ kPa to hydrogen in an amount of 0.8 moles / mole hydrocarbon dosed m-xylene in an amount of 300 cm ³ / hour .

165 576165 576

W ciekłych produktach reakcji otrzymano izomery ksylenów nie zawierające etylobenzenu. Skład otrzymanych produktów ciekłych podano w tabeli 2 pozycja 2.In the liquid reaction products, xylene isomers without ethylbenzene were obtained. The composition of the obtained liquid products is given in Table 2 item 2.

Przykład III. Do reaktora przepływowego z katalizatorem zeolitowym jak w przykładzie I, w temperaturze 400°C pod ciśnieniem 1,6 X 10 ³ kPa wodoru w ilości 0,8 mola na 1 mol węglowodoru dozowano orto- ksylen w ilości 100cm3/godz. Otrzymano produkty ciekłe których skład podano w tabeli 2 pozycja 3.Example III. Orthoxylene in the amount of 100 cm3 / h was dosed into the flow reactor with the zeolite catalyst as in Example 1, at the temperature of 400 ° C under the pressure of 1.6 X 10 ³ kPa of hydrogen in the amount of 0.8 mol per 1 mol of hydrocarbon. Liquid products were obtained, the composition of which is given in Table 2, item 3.

Tabela 2Table 2

Wyszczególnienie składników Listing of ingredients Skład produktu izomeryzacji ksylenów Composition of the product of xylene isomerization wg przykładu II according to example II wg przykładu III according to example III Parafiny i cykloparafiny Paraffins and cycloparaffins 0,20 0.20 0,29 0.29 Benzen Benzene 0,32 0.32 0,10 0.10 Toluen Toluene 2,89 2.89 2,14 2.14 p-ksylen p-xylene 19,93 19.93 19,42 19.42 m-ksylen m-xylene 53,81 53.81 53,73 53.73 o-ksylen o-xylene 20,93 20.93 20,99 20.99 Węglowodory cięższe od ksylenów Hydrocarbons heavier than xylenes 1,92 1.92 3,33 3.33

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 1.00.

Claims

Patent claim

A method of processing aromatic hydrocarbons with 8 carbon atoms in the direction of increasing the p-xylene content by contacting the raw material with a zeolite catalyst in the vapor phase under increased hydrogen pressure, characterized in that the process is carried out at a temperature of 340-400 ° C in the presence of a ZSM zeolite catalyst 5 in the sodium-hydrogen-magnesium form combined with an alumina matrix, the catalyst obtained from 5 - 30% by weight of the sodium-ammonium-magnesium form of the zeolite ZSM-5 previously prepared without the addition of a nitrogen-containing organic compound with SiOz / AlaO 3 modulus of 15 - 40 and 95 - 70% by weight of aluminum salts, calculated as alumina, by combining the zeolite suspension in an aluminum salt solution with ammonium hydroxide with vigorous stirring, separating the pure catalytic mass, drying it and calcining it at 250 - 550 ° C.