RO108955B1 - Procedeu de alchilare a unei izoparafine cu o olefina - Google Patents

Procedeu de alchilare a unei izoparafine cu o olefina Download PDF

Info

Publication number
RO108955B1
RO108955B1 RO148494A RO14849490A RO108955B1 RO 108955 B1 RO108955 B1 RO 108955B1 RO 148494 A RO148494 A RO 148494A RO 14849490 A RO14849490 A RO 14849490A RO 108955 B1 RO108955 B1 RO 108955B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
zeolite
weight
olefin
catalyst
alkylation
Prior art date
Application number
RO148494A
Other languages
English (en)
Inventor
Ionathan Edward Child
Scott Nmn Han
Albin Jr Nmn Huss
Clinton Robert Kennedy
Kathleen Marie Kevill
Robert Thomas Thomson
Garry Wayne Kirker
David Owen Marler
Muel Allen Tabak
Original Assignee
Mobil Oil 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 US07/470,016 external-priority patent/US5012033A/en
Priority claimed from US07/470,014 external-priority patent/US4992615A/en
Application filed by Mobil Oil Corp filed Critical Mobil Oil Corp
Publication of RO108955B1 publication Critical patent/RO108955B1/ro

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58Catalytic processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58Catalytic processes
    • C07C2/60Catalytic processes with halides
    • 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
    • C07C2521/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • C07C2521/04Alumina
    • 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
    • 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
    • C07C2521/08Silica
    • 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
    • C07C2521/10Magnesium; 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
    • C07C2523/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/12Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of actinides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/06Halogens; Compounds thereof
    • C07C2527/08Halides
    • C07C2527/12Fluorides
    • C07C2527/1213Boron fluoride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites, pillared clays
    • C07C2529/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Fats And Perfumes (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de alchiîare a unei izoparafîne cu o olefină.
Ca rezultat al scăderii întrebuințării tetraetilplumbului ca aditiv de îmbunătățire a cifrei octanice la benzine, a crescut nu numai producția de benzine fără plumb, ci și cifra octanică din specificațiile pentru toate tipurile de benzine. Alchilarea unei izoparafîne cu o olefină este o cale pentru producerea de parafine mult ramificate, ce măresc cifra octanică și care urmează să fie amestecate cu benzinele.
Se știe că alchilarea constă în adăugarea unei grupe alchil la o moleculă organică. Astfel, o izoparafină poate să reacționeze cu o olefină pentru a da o izoparafină cu greutate moleculară mai mare. Pe cale industrială, alchilarea constă adeseori în reacția unor olefine C2-C5 cu izobutanul, în prezența unui catalizator acid. în trecut procesele de alchiîare includeau utilizarea acidului fluorhidric sau a acidului sulfuric drept catalizator în condiții de temperatură controlate. La procedeul cu acid sulfuric se utilizează temperaturi joase, pentru a reduce la minimum reacțiile secundare nedorite, de polimerizare a olefinei, iar concentrația acidului se menține în general la 88 ±94%, prin adăugarea continuă de acid proaspăt și evacuarea continuă de acid uzat. Procedeul cu acid fluorhidric este mai puțin sensibil la temperatură și acidul se recuperează și se purifică cu ușurință. în schimb, procedeele cu acid sulfuric și cu acid fluorhidric pentru alchiîare au dezavantaje inerente, printre care poluarea mediului înconjurător, consumul de acid și necesarul de materiale corosive. Odată cu creșterea de octan și cu creșterea poluării mediului ambiant, este de dorit să se elaboreze un procedeu de alchiîare bazat pe un sistem catalitic solid.
Metalosilicații cristalini sau zeoliții au fost cercetați pe larg pentru întrebuințarea în cataliza alchilării izoparafînelor. De exemplu, brevetul SUA 3251302 descrie întrebuințarea unui pat fix de aluminosilicat cristalin schimbător de ioni, care are un număr redus de locuri acide, disponibile pentru alchilarea în faza lichidă a parafinelor cu catenă ramificată C42
C20 cu olefine C2-C12. în continuare, brevetul arată că parafina'cu catenă ramificată C4-C20 trebuie lăsată săi satureze în mare măsură aluminosili catul cristalin înainte de introducerea olefinei în reactorul de alchiîare.
Brevetul SUA 3549557 descrie alchilarea izobutanului cu olefine C2-C3 utilizând anumiți zeoliți aluminosilicați cristalini drept catalizatori într-un sistem cu pat fix, mobil sau fluidizat, olefină fiind de preferință injectată în diferite puncte ale reactorului.
în brevetul SUA 3644565 se descrie alchilarea unor parafine cu o olefină în prezența unui catalizator care constă dintrun metal nobil din grupa a VUI-a prezent pe unzeolit aluminosilicat cristalin, catalizatorul fiind anterior pretratat cu hidrogen pentru ai îmbunătăți selectivitatea.
Brevetul SUA 3655813 prezintă un procedeu pentru alchilarea izoparafînelor C4-C5 utilizând drept catalizator un zeolit aluminosilicat cristalin, în care se întrebuințează ca ajutător o halogenură în reactorul de alchiîare. Izoparafina și olefină se introduc în reactorul de alchiîare în concentrațiile specifice și catalizatorul este regenerat în afara reactorului de alchiîare.
Brevetul j SUA 3893942 descrie un procedeu de alchiîare a izoparafînelor care întrebuințează drept catalizator un zeolit ce conține un metal din grupa a VUI-a, care este periodic hidrogenat cu hidrogen în fază gazoasă pentru a reactiva catalizatorul când el a devenit parțial dezactivat.
Brevetul SUA 3236671 descrie utilizarea, la alchiîare, a zeoliților aluminosilicați cristalini care au raportul molar între silice și aluminiu mai mare de 3 și, de asemenea, descrie folosirea a diferite metale schimbate și/sau impregnate pe astfel de zeoliți.
Brevetul SUA 3624173 descrie utilizarea, la alchilarea izoparafînelor cu olefine, a catalizatorilor zeoliți care conțin gadoliniu.
Brevetul ί SUA 3738977 descrie alchilarea parafinelor cu etilenă, întrebuințând uh catalizator zeolit care posedă o componentă metalică din grupa a
VUI-a, catalizator ce a fost mai întâi tratat cu hidrogen.
Brevetul SUA 3865894 descrie alchilarea izoparafinelor C4-C6 cu monoolefîne C3-C9 întrebuințând un zeolit acid complet anhidru, de exemplu zeolitul acid Y (zeolit HY), și ca adjuvant o halogenură.
Brevetul SUA 3917738 descrie un procedeu pentru alchilarea unei izoparafine cu o olefină, utilizând un catalizator solid, în particule, capabil să adsoarbă olefina. Izoparafina și olefina sunt amestecate pentru a forma un curent reactant în contact cu particulele de catalizator la partea superioară a curentului într-o zonă de adsorbție, după care reactanții sunt trecuți odată cu catalizatorul, astfel încât o cantitater dirijată de olefină este adsorbită pe catalizator înainte ca amestecul de reactanți și de catalizator să se introducă în zona de alchilare. Se presupune că această adsorbție controlată a olefinei previne polimerizarea olefinei în timpul alchilării.
Brevetul SUA 4377721 descrie un procedeu de alchilare a izoparafinelor cu olefine, care utilizează drept catalizator ZSM-20 de preferință HZSM-20 sau ZSM20 cu cation pământ rar schimbat.
în brevetul SUA 4384161 se descrie un procedeu de alchilare a izoparafinelor cu olefine pentru ai obține produse alchîlate, întrebuințând drept catalizator un zeolit cu pori mari, capabil să adsoarbă 2,2,4trimetilpentanul, de exemplu SZM-4, ZSM20, ZSM-3, ZSM-18, zeolitul Beta, faujasitul, mordenitul, zeolitul Y și formele acestora, care conțin metale dintre pământurile rare, precum și un acid Lewis, cum ar fi trifluorura de bor, pentafluorură de stibiu sau triclorură de aluminiu. Utilizarea unui zeolit cu pori mări în combinație cu un acid Lewis, conform cu acest brevet, mărește mult activitatea și selectivitatea zeolitului, prin aceasta realizând alchilarea cu o viteză spațială mare a olefinei și cu un raport mic izoparafină/olefînă.
Procedeele cunoscute prezintă dezavantaje legate fie de poluarea mediului înconjurător, fie de caracteristicile fizicochimice mediocre ale alchilatului obținut.
Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că zeolitul are o diagramă de difracție a razelor X incluzând următoarele valori:
Distanța d interplanară (A)
Intensitatea relativă I/Io x 100
30,0 ± 2,2
22,1 ±1,3 12,36 ± 0,4 11,03 ± 0,2 8,83 ± 0,14 6,86 ± 0,14 6,18 ± 0,12 6,00 ± 0,10 5,54 ± 0,10 4,92 ± 0,09 4,64 ± 0,08
4.41 ± 0,08 4,25 ± 0,08 4,10 ± 0,07 4,06 ± 0,07 3,91 ± 0,07
3,75 ± 0,06
3,56 ± 0,06
3.42 ± 0,06
3,30 ± 0,05
4- 40 0 4- 20 20 ± 100 20 4- 60 20 4- 100 0 4- 40 bo 4-100 0 4- 40 0 4- 40 0 4- 20 0 4- 20 0 4- 40 0 4- 20 0 4- 60 0 4- 60 20 4- 100 0 4- 40 0 4- 60 60 4- 100 0 4- 40
5 1 6
3,20 ± 0,05 P + 40
3,14 ± 0,05 O-i-40
3,07 ± 0,05 0 4- 20
2,99 ± 0,05 0 4- 20
2,82 ± 0,05 0 4- 20
2,78 ± 0,05 p 4- 20
2,68 ± 0,05 0 4- 20
2,59 ± 0,05 0 4- 20
în procedeul de alchilare conform invenției, selectivitatea catalizatorului de alchilare se apreciază în funcție de randamentul în C9.
Această fracțiune rezultă în general 5 din oligomerizarea olefînelor ce reprezintă materia primă, conducând la o scădere a randamentului alchilării, la o calitate scăzută a alchilatului și la o posibilă formare de fracțiune de noroi acid. Catalizatorul de 10 alchilare zeolit întrebuințat în procedeul din prezenta invenție asigură o cantitate redusă de C9 în raport cu catalizatorii de alchilare zeoliți cunoscuți, cum este zeolitul HY, de exemplu cel prezentat în brevetul SUA 3865894 menționat deja mai sus.
Alchilatul obținut prin procedeul din prezenta invenție este de înaltă calitate, bazat atât pe cercetare, cât și pe cifrele octanice ale motorului și ca atare este deosebit de bun pentru a fi amestecat în rezervorul de benzină.
Zeolitul I cristalin poros sintetic, utilizat în procedeul de alchilare din această invenție are îri forma sa calcinată, o diagramă de difracție a razelor X ce cuprinde liniile prezentate în tabelul 1 de mai jos:
Tabelul 1
Intervalul d interplanar (A) Intensitatea relativă, I/Io x 100
12,36 ± 0,4 M-VS
11,03 ± 0,2 M-S
8,83 ± 0,14 M - VS
6,18 ± 0,12 M-VS
6,00 ± 0,10 W-M
4,06 ± 0,07 w-s
3,91 ± 0,07 M-VS
3,42 ± 0,06 VS
sunt liniile prezentate în tabelul 2 de mai jos:
Tabelul 2
Intervalul d interplanar (A) Intensitatea relativă, I!I0 x 100
30,0 ± 2,2 W-M
22,1 ± 1,3 W
12,36 ± 0,4 M- VS
11,03 ± 0,2 M-S
8,83 ± 0,14 M- VS
6,18 ± 0,12 to- VS
6,0 ± 0,10 W - M
4,00 ± 0,07 W-S
3,91 ± 0,07 M-WS
3,42 ± 0,06 VS
și cele mai specifice sunt liniile prezentate în tabelul 3 de mai jos:
Tabelul 3
Intervalul d interplanar (A) Intensitatea re ativă I/Io x 100
12,36 ± 0,4 M-VS
11,03 ± 0,2 M-S
8,83 ± 0,14 M-VS
6,86 ± 0,14 W-M
6,18 ± 0,12 M-VS
6,00 ± 0,10 W-M
5,54 ± 0,10 W-M
4,92 ± 0,09 W
4,64 ± 0,08 W
4,41 ± 0,08 W-M
4,25 ± 0,08 W
4,10 ± 0,07 W- S
4,06 ± 0,07 W- S
3,91 ± 0,07 M-VS
3,75 ± 0,06 W-M
3,56 ± 0,06 W-M
3,42 ± 0,06 VS
3,30 ± 0,05 W-M
3,20 ± 0,05 W-M
3,14 ± 0,05 W-M
3,07 ± 0,05 W
2,99 ± 0,05 W
2,82 ± 0,05 w
2,78 ± 0,05 w
2,68 ± 0,05 w
2,59 ± 0,05 w
Cel mai specific, materialul calcinat cristalin are o diagramă de difracție a razelor X care cuprinde liniile prezentate în tabelul 4 de mai jos:
Tabelul 4
Interval d interplanar (A)
Intensitatea relativă, IH0 x 100
30,0 ± 2,2 22,10 ± 1,3 12,36 ± 0,4 11,03 ± 0,2 8,83 ± 1,14 6,86 ± 0,14 6,18 ± 0,12 6,00 ± 0,10 5,54 ± 0,10 4,92 ± 0,09 4,64 ± 0.08
W-M
W
M-VS M-S M-VS W-M M - VS W - M W - M W W
9 10
4,06 ± 0,07 W- S
3,91 ± 0,07 M - VS
3,75 ± 0,06 W-M
3,56 ± 0,06 W-M
3,42 ± 0,06 VS
3,30 ± 0,05 W-M
3,20 ± 0,05 W-M
3,14 ± 0,05 W-M
3,07 ± 0,05 W
2,99 ± 0,05 W
2,82 ± 0,05 W
2,78 ± 0,05 W
2,68 ± 0,05 W
2,59 ± 0,05 W
Aceste valori s-au determinat prin metodele standard. Instalația a fost un dublet K-« al cuprului și s-a folosit un difractometru echipat cu un contor de scintilație asociat cu un calculator. înălțimea 5 vârfurilor I și pozițiile în funcție de 2-teta, în care teta este unghiul Bragg, s-au determinat folosind algoritmii pe calculatorul asociat cu difractometrul. Din acestea s-au determinat intensitățile relative, 100 IH0, unde Io este 10 intensitatea liniei sau vârfului maxim și d este spațiul interplanar în Amgstromi (A), corespunzător liniilor înregistrate. în tabelele l-r4 intensitățile relative sunt date în termeni de simboluri W = slab, M = mediu, 15 S = puternic și VS = foarte puternic, la valorie ale intensității, aceste simboluri reprezintă în general următoarele: W = 0 -r 24M = 20 -t- 40, S = 40 -î- 60, VS = 60 +
100. Trebuie să se rețină faptul că 20 diagramele acestea de difracție a razelor X sunt caracteristice pentru toate speciile de zeolit. Forma sodiu, la fel ca și alte forme cationice, prezintă practic aceeași diagramă cu câteva schimbări mici ale spațiului 25 interplanar și variații mici ale intensității relative. Alte variații minore se pot produce în funcție de Y raportat la X, de exemplu raportul molar între siliciu și aluminiu al unei anumite probe, precum și gradul său de 30 tratament termic.
Zeolitul întrebuințat în procedeul conform invenției are o compoziție reprezentată de relația molară:
X2O3 : (n) YO2 35 în care X este un element trivalent, cum sunt aluminiul, borul, fierul și/sau galiul, de preferință aluminiul, Y este un element tetravalent cum slunt silicea și/sau germaniul, de preferință siliciul, și n este cel puțin 10, de obicei de la Î0 până la 150, mai obișnuit de la 10 până lâ 60, și preferabil de la 20 până la 40. în forma astfel sintetizată, zeolitul are o formula, în stare anhidră și exprimată în moli de oxizi per n moli de YO2, după cum urmează:
(0,005-0,l)Na2O:(l-4)R:X2O3:nYO2 în care R este o componentă organică. Componentele Na și R sunt asociate cu zeolitul ca rezultat al prezenței lor în timpul cristalizării și se îndepărtează cu ușurință prin metodele de postcristalizare ce vor fi descrise mai detaliat în continuare.
Zeolitul întrebuințat în această invenție este stabil termic și are o arie a suprafeței mare (mai mare decât aproximativ 400 m2/g măsurată prin testul BETBruenauer, Emmet și Teller). în plus, zeolitul are în mod normal valori ale adsorbției la echilibru mai mari de 4,5% în greutate, de obicei mai mari de 7% greutate pentru vapori de ciclohexan, mai mari de 10% în greutate pentru vaporii de n-hexan și de preferință mai mari de 10% în greutate pentru vaporii de apă. După cum se vede din formula de mai sus, zeolitul este sintetizat aproape fără cationi de Na și astfel posedă activitate de cataliză acidă. De aceea, el poate fi utilizat drept catalizator de alchilare în prezenta invenție, fără a trebui să fie mai întâi supus unei etape de schimb. Dacă se dorește, însă, cationii originali de sodiu din materialul așa cum s-a sintetizat pot fi înlocuiți prin metodele bine cunoscute în domeniu, cel puțin în parte prin schimb ionic cu alți cationi. cationii de înlocuire preferați sunt ionii de metale, ionii de hidrogen, ioni precursori de hidrogen, de exemplu amoniu, și amestecuri ale acestora. Cationii deosebit de preferați sunt aceia care determină activitatea catalizatorului pentru alchilare. Acești compuși sunt hidrogenul, metale dintre pământurile rare și metale din grupele a Π-a, a ΙΠ-a, IVA, IB, IIB, IIIB, IVB ale Tabelului periodic al elementelor.
înainte de a fi întrebuințat drept catalizator aici zeolitul trebuie să fie supus la tratament termic pentru a îndepărta în parte sau în întregime componentele organice prezente în el.
Catalizatorul de alchilare zeolit folosit în invenția de față se poate utiliza și în combinație intimă cu o componentă de hidrogenare, cum sunt tungsten, vanadiu, molibden, reniu, nichel, cobalt, crom, mangan, sau un metal nobil cu platin sau paladiu, când se cere să se realizeze o funcție de hidrogenare-dehidrogenare. Această componentă poate să se asocieze chimic și/sau fizic cu zeolitul și/sau cu matricea cu care zeolitul va forma eventual un compozit. Astfel, de exemplu, componenta de hidrogenare poate fi introdusă în compoziție dacă în structura sa există un element din grupa a ΙΠ-a, de exemplu aluminiu, prin impregnare în el sau prin amestecare fizică intimă cu acesta. Această componentă poate fi impregnată în sau pe zeolit, cum ar fi, de exemplu, în cazul platinei, tratarea zeolitului cu o soluție care conține ionul de platină necesar. Compușii de platină corespunzători pentru acest scop sunt acidul cloroplatinic, clorură de platină și diferiți compuși care conțin complecși cu aminoplatină.
înainte de a fi întrebuințat drept catalizator de alchilare în procedeul din această invenție, acest zeolit trebuie să fie cel puțin parțial deshidratat. Acest lucru se poate realiza prin încălzirea cristalelor la o temperatură în intervalul de la 200 la 595°C într-o atmosferă cum este aerul, azotul etc. și la presiunea atmosferică, subatmosferică sau supraatmosferică, pe o perioadă de timp între 30 min și 48 h. Deshidratarea se mai poate realiza la temperatura camerei prin plasarea materialului cristalin într-un vid, dar va fi necesar timp mai îndelungat pentru a atinge un grad corespunzător de deshidratare.
Zeolitul întrebuințat în procedeul din prezenta invenție se poate prepara dintr-un amestec de reacție care conține surse de metale alcaline și alcalino-pământoase (M), de exemplu sodiu sau potasiu drept cation, un oxid de element trivalent X, de exemplu aluminiu, un oxid de element tetravalent Y, de exemplu siliciu, un agent de direcționare organic (R), hexametilenimină și apă, acest amestec de reacție având o compoziție, exprimată în rații molare de oxizi, în următoarele intervale: YO2/X2O3 între 10 și 60, de preferință între 10 și 40; H2O/YO2 între 5 la 100, de preferință între 10 la 50; OH ’/YO2 între 0,01 și 1,0, de preferință între 0,1 și 0,5; M/YO2 între 0,01 și 2,0, de preferință între 0,1 și 1,0; R/YO2 între 0,05 și 1,0, de preferință între 0,1 și 0,5.
într-o inetodă de sintetizare preferată, reactahtul YO2 conține o cantitate mare de YO2 solid, de exemplu cel puțin 30% în greutate ;YO2 solid. Când YO2 este silicea, utilizarea sursei de silice care conține cel puțin 30% în greutate silice solidă, de exemplu Ultrasil (o silice precipitată, uscată prin pulverizare ce conține 90% în greutate silice) sau RiSil (silice precipitată hidratată care conține 87% în greutate silice, 6% în greutate apă liberă și 4,5% în greutate apă legată de hidratare, care are mărimea particulelor de 0,02 microni), favorizează formarea cristalelor din amestecul de mai sus. Dacă se întrebuințează o altă sursă de oxid de siliciu, de exemplu Q-Brand (un silicat ce conține 28,8% în greutate SiO2, 8,9% în greutate Na^ și 62,3% în greutate apă), prin cristalizare se poate obține puțin din zeolitul dorit și se pot produce faze de impurități din alte structuri de cristale, de exemplu ZSM-12. De preferință, de aceea, sursa de YO2, de! exemplu silice, conține cel puțin 30% în greutate YO2 solid, de exemplu silice, preferabil fiind cel puțin 40% în greutate YO2 solid, de exemplu silice.
Cristalizarea zeolitului dorit se poate realiza fie în condiții statice, fie sub agitare într-un vas de reacție corespunzător, cum ar fi, de exemplu, recipiente de propilenă sau autoclave căptușite cu teflon sau din oțel inoxidabil. Cristalizarea se efectuează în general la o temperatură între 80 și 225°C, timp de 25 h până la 60 zile. După aceea cristalele se separă din lichid și se recuperează.
Cristalizarea este facilitată de prezența a cel puțin 0,01%, de preferință 0,10% și preferabil 1%, cristale de însămânțare raportat la greutatea totală a produsului cristalin format.
înainte de utilizarea în procedeul din această invenție, prezentul zeolit se combină de preferință cu un alt material, adică cu un liant, care este rezistent la temperaturile și celelalte condiții existente în procesul de alchilare a izoparafînelor. Ca materiale liant corespunzătoare sunt materialele active și inactive și zeoliții sintetici sau cei existenți în natură, precum și materialele anorganice, cum sunt argilele, silicea și/sau oxizii metalelor, cum este alumina. Cea din urmă poate fi luată din natură sau preparată sub formă de precipitate gelatinoase sau geluri incluzând amestecurile de silice și oxizi metalici. Utilizarea unui material liant împreună cu zeolitul prezentei invenții, adică combinat cu acestea sau existent în timpul sintezei sale, care el însuși este activ catalitic, poate schimba conversia și/sau selectivitatea catalizatorului. Materialele inactive folosesc adecvat ca diluanți pentru a regla mărimea conversiei astfel încât produșii de alchilare a izoparafînei să se poată obține economic și în manieră controlată fără a trebui să se utilizeze alte mijloace de reglare a vitezei reacției. Aceste materiale pot fi încorporate în argilele din natură, de exemplu bentonită și caolin, pentru a îmbunătăți rezistența la sfărâmare a zeolitului în condițiile de lucru la alchilarea industrială a izoparafînelor. O rezistență bună la sfărâmare este o calitate ce constituie un avantaj pentru utilizarea pe scară mare pentru a preveni sau amâna sfărâmarea catalizatorului în materiale ca pulberea.
Argilele care se găsesc în natură și care pot forma compozite cu prezentul zeolit sunt montmorillonitul și familia caolinurilor, familii care includ subbentonitele, și caolinele cunoscute sub numele obișnuit de Dixie, NcNamee, Georgia și Florida sau alte argile în care componenta minerală principală este haloisitul, caolinitul, dickitul, sacritul sau anauxita. Aceste argile se pot întrebuința în stare brută, așa cum au fost scoase din mină sau se supun întâi unei calcinări, unui tratament acid sau unei modificări chimice. Ca lianți utili pentru formarea compozitului cu zeolitul sunt și oxizi anorganici, j mai ales alumina.
în afară de, sau pe lângă materialele liante de mai sui, prezentul zeolit se poate asocia cu o matrice de oxid anorganic, cum sunt oxizi de șiliciu-bariu, siliciu-beriliu, siliciu-titan, precum și compoziții ternare, cum sunt oxid de siliciu-oxid de aluminiuoxid de toriu,! oxid de siliciu-oxid de aluminiu-oxid de zirconiu, oxid de siliciuoxid de aluminiu-oxid de magneziu și oxid de siliciu-oxid de magneziu-oxid de zirconiu. Poate fi avantajos, de asemenea, să se folosească cel puțin o parte din materialele matrice de mai sus în formă coloidală, astfel încât să ușureze extruderea componentelor catalitice unite.
Proporțiile relative ale zeolitului și matricei de oxid anorganic pot să varieze mult cu conținutul de zeolit variind de la 1 până la 95% în! greutate și mai uzual, în special când compozitul este preparat sub formă de mărgele, în intervalul de la 2 până la 80% din greutatea compozitului.
Stabilitatea catalizatorului de alchilare din această invenție poate să crească prin aburire, ceea ce se efectuează convenabil prin cjontactarea zeolitului cu, de exemplu, 5 4- 100% abur la o temperatură de cel puțin 300°C (de exemplu 300 650°C), timp de cel puțin o oră (de exemplu 1 4- 200 h) la o presiune de 101 4- 2500 kPa. într-o realizare mai aparte, catalizatorul poate fi tratat cu abur în proporție de 75 + 100% abur la 315 4- 500°C și la o presiune atmosferică timp de 2 4- 25 h.
Catalizatorul de alchilare utilizat în procesul conform prezentei invenții poate conține un acid Lewis ca promotor pe lângă zeolitul descris mai sus. Un acid Lewis este considerat a fi o moleculă care este capabilă să se combine cd o altă moleculă sau cu un ion prin formarea unei legături chimice covalente cu doi electroni din cea de a doua moleculă sau din ion, ceea ce înseamnă că un acid Lewis este trifluorura de bar (BF3), pentafluorura de stibiu (SbFs) și triclorura de aluminiu (A1C13). Prezenta invenție se referă la utilizarea acestor acizi Lewis și a altora, cum sunt cei descriși în Reacțiile 5 Friedel-Crafts și cele înrudite lor, Interscience Publichars, capitolele III și Iv, (1963). BF3 este un acid Lewis preferat pehtru a fi utilizat în procedeul de alchilare din această invenție. în cazul lui BF3, cu 10 promotor acesta este prezent, de preferință, în zona de alchilare într-o cantitate care depășește pe cea necesară pentru a satura componenta zeolitică a catalizatorului nu numai cu un zeolit în zinc, ci ca orice alt 15 material, de exemplu, liant sau material matrice, care se poate asocia cu el.
Temperatura de lucru în procedeul de alchilare din prezenta invenție se poate extinde pe un interval larg, de exemplu de la 20 - 40 până la 400°C, folosind temperaturi mai scăzute atunci când este prezent un promotor acid Lewis. Astfel, cu un promotor acid Lewis temperatura variază în general de la - 40 la 250°C, de preferință de la - 20 la 25 100°C. Când nu se întrebuințează un promotor acid Lewis, temperatura variază în general de la - 25 la 400°C, de preferință de la -75 la 200°C. în practică, temperatura superioară de lucru va fi dictată deseori de 30 necesitatea evitării producerii inevitabile a unor reacții secundare nedorite.
Presiunile întrebuințate în prezentul procedeu se pot extinde pe un interval larg, de exemplu de la cea subatmosferică la 35 34580 kPa (5000 psig), de preferință de la 100 la 700 kPa (1 atmosferă până la 1000 P^g)·
Cantitatea de zeolit utilizată în prezentul procedeu de alchilare poate să 40 varieze în limite relativ largi. în general, cantitatea de zeolit măsurată prin viteza spațială orară în greutate (WHSV) a olefinei poate fi între 0,01 și 100, de preferință între 0,1 și 2,0. 45
Reactantul izoparafină utilizat în prezentul procedeu de alchilare are în general până la 20 atomi de carbon și de preferință 4 până la 8 atomi de carbon, cum ar fi, de exemplu, izobutanul, 3- 50 metilhexanul, 2-metilbutabutanul, 2,3dimetilbutanul și 2,4-dimetilhexanul, 216 metilbutanul, 2,3-dimetilbutanul și 2,4dimetilhexanul.
Olefina reactantă întrebuințată aici conține, în general, de la 2 la 12 atomi de carbon. Ca exemple reprezentative sunt etilena, propilenă, butena-1, butena-2, izobutilena, pentenele, hexenele, heptenele și octenele. Deosebit de preferate sunt olefinele C3 și C4 și amestecurile acestora.
în general, raportul molar între total izoparafină și total olefină ca agent de alchilare în amestecul de hidrocarburi alimentate poate fi de la 0,5 :1 până la 500 : 1, de preferință de la 3 :1 până la 50 :1. Reactanții izoparafină și/sau olefină pot fi în fază de vapori, fie în fază lichidă și pot fi folosiți ca atare lipsiți de amestecarea intenționată în vederea diluării cu alt material, sau reactanții pot fi induși în contact cu compoziția de catalizator cu ajutorul gazelor Sau a diluanților suport sau este, de exemplu, azotul.
Reactanții se pot introduce în zona reacției de alchilare împreună cu unul sau mai multe materiale care servesc la creșterea operației de conversie în ansamblu. Astfel, de exemplu, în| zona de reacție pot fi prezente cantități relativ mici de hidrogen și/sau donori de hidrogen pentru a opri îmbunătățirea catalizatorului. Apa și alte materiale, cum ar fi alcoolii care produc apă în condițiile de alchilare se pot introduce, de asemenea, în zona de reacție în acest scop. Oxigenul și/sau alte materiale care tind dă împiedice oligomerizarea olefinei alimentate pot fi, de asemenea, prezente.
Atunci când urmează să se introducă în reactor apă, în mod convenabil ea este coalimentată în proporție de 0,1 ppm în greutate până ia 1% în greutate, de preferință de 0,1 ppm în greutate până la 500 ppm în greutate, raportat la cantitatea totală de hidrocarbură introdusă. O altă posibilitate este da apa să fie preintrodusă în catalizatorul zeclitic, de preferință într-o cantitate ce variază între 0,5 și 25% preferabil între 1 la 10% în greutate de catalizator.
Procedeul de alchilare din prezenta invenție poate să se efectueze în șarje, semicontinuu sau continuu, utilizând un pat fix sau mobil de componentă catalitică zeolit.
O realizare preferată cuprinde utilizarea unei zone catalitice în care șarja de hidrocarburi trece în echicurent sau în contracurent printr-un pat mobil de catalizator zeolit. Aceasta din urmă, după utilizare, este trimis la o zonă de regenerare, unde se îndepărtează cocsul, de exemplu prin ardere într-o atmosferă ce conține oxigen (cum este aerul) la temperatură ridicată sau prin extragere cu un solvent, după care catalizatorul regenerat este recirculat în zona de conversie pentru a fi din nou contactat cu reactanții organici.
Procedeul conform invenției prezintă avantaje prin faptul că alchilatul rezultat mărește considerabil cifra octanică benzinei, atunci când este amestecat cu aceasta.
Se dau în continuare exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig.
1..:5, care reprezintă diagramele de difracție a razelor X pentru produșii cristalini calcinați din exemplele 1,3,4,5, și respectiv
7.
Exemplul 1. în exemple, ori de câtte ori se dau date comparative privind capacitățile de sorbție pentru apă, ciclohexan și/sau «-hexan, ele reprezintă valorile adsorbției la echilibru determinate după cum urmează:
O probă cântărită de adsorbant calcinat se contactează cu vaporii puri de adsorbant dorit într-o cameră de adsorbție, evacuată la mai puțin de 1 mm Hg și se contactează cu 1,6 kPa (12 torr) vapori de apă sau cu 5,3 kPa (40 torr) n-hexan sau cu 5,3 kPa (40 torr) vapori de ciclohexan, presiuni mai mici decât presiunea de echilibru vapori-lichid a adsorbantului respectiv la 90°C. Presiunea se menține constantă (cu aproximativ ± 0,5 mm Hg) prin adăugarea de vapori de adsorbant dirijată de un manostat în timpul adsorbției, durată ce nu depășește 8 h. Pe măsură ce adsorbantul este adsorbit de zeolitul cristalin, scăderea presiunii determină manostatul să deschidă un robinet pentru a intra mai mulți vapori de adsorbant în cameră și a restabili presiunile controlate de mai sus. Sorbția este completă atunci când schimbarea presiunii nu mai este suficientă pentru activarea monostatului. Creșterea în greutate este calculată drept capacitatea de adsorbție a probei în g/100 g adsorbant calcinat. Zeolitul întrebuințat aici prezintă întotdeauna valori ale adsorbției de echilibru mai mari de 10% în greutate pentru vaporiii de apă, mai mari de 4,5% în greutate pentru vaporii de ciclohexan, de obicei mai mari de 7% în greutate și mai mari de 10% în greutate pentru vaporii de n-hexan.
Când se examinează valoareaAlfa, se observă că aceasta este o indicație aproximativă a activității de cracare catalitică în comparație cu un catalizator standard și reprezintă constanta relativă a vitezei (viteza de conversie a normei hexanului per volum de catalizator ție cracare silico-alumină foarte activ luată ca valoare Alfa 1 (constanta de viteză = 0,016 sec’1). Testul Alfa care se folosește aici este descris în J.Catalysis, 61,pag. 390-396 (1980). Se observă că, constantele de viteză intrinseci pentru multe reacții catalizate de acizi sunt proporționale cu valoarea Alfa pentru un anumit catalizator silicat cristalin, adică vitezele pentru disproporționarea toluenului, izomerizarea xilenului, conversia alchenei și conversia metanolului (vezi The Active Side of Acidic Aluminosillicate Catalysts, Nature, voi. 309, nr. 5969, pag. 589-591, 14 iunie 1984).
O parte de aluminat de sodiu (43,5% A12O3, 32,2% NajO, 25,6% H2O) se dizolvă într-o soluție care conține o parte soluție de NaOH 50% și 103,13 părți apă. La aceasta se adaugă 4,50 părți hexametilenimină. Soluția obținută se adaugă la 8,55 părți Ultrasil, o soluție precipitată, uscată prin pulverizare (circa 90% SiO2).
Amestecul de reacție are următoarea compoziție, în raporturi molare: SiO2/Al2O3 = 30,0; CH'/SiO2 - 0,18; H2O /SiO2 = 44,9%; Na/SiO2 = 0,18; R/SiO2 = 0,35, în care R este hexametilenimină.
Amestecul se cristalizează într-un raport din oțel inoxidabil, sub agitare, la 150°C timp de 6 zile. Produsul cristalin se filtrează, se spală cu apă și se usucă la 120°C. După o calcinare de 20 h la 538°C, diagrama de difracție a razelor X conține liniile principale redate în tabelul 3. Fig.l reprezintă diagrama de difracție a razelor X a produsului calcinat. Capacitățile de adsorbție ale materialului calcinat măsurate au fost de: 15,2% în greutate apă : 14,6% în greutate ciclohexan, 16,7% în greutate nhexan.
Aria suprafeței zeolitului măsurată a fost de 494 m2/g. Compoziția chimică a 5 materialului necalcinat determinată este următoarea: (% în greutate): 66,9% SiO2, 5,40% A12O3, 0,03% Na; 2,27% N; 76,3% cenușă; 21,1% SiO2/Al2O3 raport molar.
Tabelul 5
Gradele 2-Teta Distanța d (A) interplanară
2,80 31,55 25
4,02 21,98 10
7,10 12,45 96
7,95 11,12 47
10,00 8,85 51
12,90 6,86 11
14,34 6,18 42
14,72 6,02 15
15,90 5,57 20
17,81 4,98 5
20,20 4,40 20
20,91 4,25 5
21,59 4,12 20
21,92 4,06 13
22,67 3,92 30
23,70 3,75 13
24,97 3,57 15
25,01 3,56 20
26,00 3,43 100
26,69 3,31 14
27,75 3,21 15
28,52 3,13 10
29,01 3,08 5
29,71 3,01 5
31,61 2,830 5
32,21 2,779 5
33,35 2,687 5
34,61 2,592 5
Exemplul 2. O porție din produsul cristalin calcinat din exemplul 1 se testează în Testul Alfa și se găsește că are o valoare alfa de 224.
Exemplele 3-r5. Se prepară trei amestecuri de reacție de sinteză separate cu compozițiile indicate în tabelul 6. Amestecurile se prepară cu aluminat de sodiu, hidroxid de sodiu, Ultrasil, hexametilenimină (R) și apă. Amestecurile se mențin la 150,143 și, respectiv, la 150°C, timp de 7, 8 și, respectiv, 6 zile în autoclave de oțel inoxidabil la presiunea autogenă. Solidele se separă de orice componentă nereacționată prin filtrare și apoi se spală cu apă, se usucă la 120°C. Cristalele de produs se supun difracției de raze X, sorbției, analizelor chimice și de arie a suprafeței. Rezultatele sorpției, ariei suprafeței și analizei chimice sunt prezentate în fig. 2,3 și, respectiv, 4. Măsurile sorbției și ale ariei suprafeței s-au făcut pe produsul calcinat.
Tabelul 6
Exemplul 3 4 5
Amestecul de sinteză, raporturi molare
SiO/A^C^ 30,0 30,0 30,0
OH'/SiO2 0,18 0,18 0,18
H2O/SiO2 19,4 19,4 44,9
NH/SiO2 0,18 0,18 0,18
R/SiO2 0,35 0,35 0,35
Compoziția produsului, % în greutate
SiO2 64,3 68,5 74,5
A12O3 4,85 5,58 4,87
Na 0,08 P,05 0,01
N 2,40 2,33 2,12
Cenușă 77,1 77,3 78,2
Raport molar SiO2/Al2O3 22,5 20,9 26,0
Adsorbție, % în greutate
h2o 14,9 13,6 14,6
Ciclohexan 12,5 12,2 13,6
n-hexan 14,6 16,2 19,0
Exemplul 6. Cantitățile de produși silicați cristalini calcinați (538°C timp de 3 h) au fost supuse testului Alfa și s-au găsit valorile Alfa de 227m 180 și, respectiv, 187.
cristalizează cu agitare (circa 200 rot/min) la 145°C într-un reactor. Timpul de cristalizare este de 59 h. Produsul se spală cu apă și se usucă la 120°C.
Exemplul 7. Pentru a demonstra că 5 se poate prepara o cantitate mai mare de zeolit necesar, 1200 g hexametilenimină se adaugă la o soluție care conține 268 g aluminat de sodiu, 267 g soluție NaOH 50% și 11,800 g apă. La soluția combinată se 10 adaugă 2,280 g Ultrasil silice. Amestecul se Diagramă de difracție a razelor X pentru cristalele de produs uscat este prezentată în fig.5 și demonstrează că produsul este un1 material cristalin conform invenției. Analizele compoziției chimice a produsului, ariei suprafeței lui și adsorbției au rezultatele prezentate în tabelul 7.
Tabelul 7 ....
Compoziția produsului (necalcinat): C 12,1% în greutate A12O3 50% în greutate
N 1,98% în greutate SiO2 74,9% în greutate
Na 640 ppm raport molar SiO/A^Oj 25,4
Adsorbție % în greutate ciclohexan 9,1 n-hexan 14,9 apă 16,8 Aria suprafeței m2/g
Exemplul 8. 25 g din produsul cristalin din exemplul 7 se calcinează în atmosferă de azot care circulă, la 538°C timp de 5 h, apoi se purjează cu oxigen gazos 5% (restul N2) alte 16 h la 538°C.
Probe individuale de câte 3 g material calcinat !se supun unui schimb ionic cu 100 ml TEABr 0,1 N TEABr și la Cl3 separat. Fiecare! schimb se realizează la temperatura ambiantă timp de 24 h și se repetă de trei oriJ Probele supuse schimbului ionic se colectează prin filtrare, se spală cu apă pentru a elimina halogenura și se usucă. Compozițiile acestor probe schimbate ionic sunt prezentate mai jos, demonstrând capacitatea de schimb a silicatului cristalin conform invenției pentru diferiți ioni.
Ionii de schimb Compoziția ionică, % în greutate TEA TPA La
Na 0,095 b,089 0,063
N 0,30 0,38 0,03
C 2,89 3,63 -
La - L. 1,04
Exemplul 9. Proba cu La supusă schimbului din exemplul 8 a fost măsurată prin sita de 14 până la 25 mesh și apoi calcinată în aer la 538°C de 3 h. Materialul calcinat are o valoare Alfa de 173.
Exemplul 10. Proba calcinată de material supus schimbului ionic cu La din exemplul 9 este tratată cu abur energic la 649°C în abur 100% timp de 2 h. Proba rezultată are o valoare Alfa de 22, demonstrând că zeolitul are o foarte bună stabilitate în condiții de tratament hidrotermic severe.
Exemplul 11. Acest exemplu ilustrează prepararea prezentului zeolit, în care X din formula generală de mai sus este bor. 2,59 părți acid boric se adaugă la o soluție care conține o parte soluție KOH 45% și 42,96 părți apă. La aceasta se adaugă
8,56 părți silice Ultrasil și amestecul se omogenizează bine. La amestec se adaugă 3,88 părți în greutate de hexametilenimină.
Amestecul de reacție are următoarea compoziție în raport molar:
SiO2/B2O3 = 6,1
OH'/SiO2 = 0,06
H2O/SiO2 = 19,0
K/SiO2 = 0,06
R/SiO2 = 0,30 în care R este hexametilenimină.
Amestecul se cristalizează într-un reactor din oțel inoxidabil sub agitare, la 150°C, timp de 8 zile. Produsul cristalin se filtrează cu apă și se usucă la 120°C. O porție din produs se calcinează timp de 6 h la 540°C și se constată că are următoarele capacități de absorbție: apă 11,7% în greutate, ciclohexan 7,5% în greutate și nhexan 11,4% în greutate.
Aria suprafeței materialului cristalin calcinat măsurată (BST) este de 405 m2/g.
Compoziția chimică a materialului necalcinat este următoarea: N 1,94% în greutate; Na 175 ppm; K 0,60% în greutate; bor 1,04% în greutate; A12O3 920 ppm; SiO2 75,9% în greutate; cenușă 74,11% în greutate. Raportul molar SiO2/Al2O3 este 1406 și raportul molar SiO2/(Al ± B)2O3 este de 25,8.
Exemplul 12. O porție de produs cristalin calcinat:!din exemplul 11 se tratează cu NH4C1 și din nou se calcinează. Produsul final cristalin se testează prin testul Alfa și are valoarea Alfa 1.
Exemplul 13. Acest exemplu ilustrează o altă preparare a zeolitului, în care X din formula generală de mai sus este bor. 2,23 părți acid boric se adaugă la o soluție constituită din 1 parte soluție NaOH 50% și 73,89 părți apă. La această soluție se adaugă 15,29 părți silice HiSil și apoi 6,69 părți hexametilenimină. Amestecul de reacție are următoarea compoziție în raporturi molare: SiO2/B2O3 = 12,3; OH /SiO2 = 0,056; H2O/SiO2 = 18,6; K/SiO2 = 0,056; H/SiO2 = 0,30 la care R este hexametilenimină.
Amestecul se cristalizează într-un reactor din oțel· inoxidabil sub agitare, la 300°C, timp de 9 zile. Produsul cristalin se filtrează, se spălă cu apă și se usucă la 120°C. Capacitățile de sorbție ale materialului calcinat (6 h la 510°C sunt următoarele: apă 14,4% în greutate; ciclohexan 4,6% în greutate și n-hexan 14,0% în greutate. Aria suprafeței materialului cristalin calcinat măsurată este de 438 m2/g.
Compoziția chimică a materialului necalcinat se determină ca fiind următoarea:
N 2,48% în greutate; Na 0,06% în greutate; bor 0,83% în greutate A12O3 0,50 % în greutate și SiO2 73,4% în greutate. Raportul 5 molar SiO/A^Oj este de 249 și raportul molar SiO2/(Al ± B2) O3 este de 28,2.
Exemplul 14. O porție de produs cristalin calcinat din exemplul 13 se testează în testul Alfa și se constată că are valoarea 10 Alfa 5.
Exemplul 15 (comparativ). în acest exemplu se compară performanța catalitică a zeolitului conform invenției cu cea a zeolitului HY pentru alchilarea izobutanului 15 cu 2-butenă.
A. Prepararea zeolitului confonn invenției.
>
Zeolitul din prezenta invenție se obține prin adăugarea a 4,50 părți 20 hexametilenimină la un amestec care conține 1,01 părți aluminat de sodiu, 1,00 parte NaOH 50%, 8,56 părți Utrasil, VN3 și 44,20 părți apă deionizată. Amestecul de reacție se încălzește la 143°C (290°F) și se agită într-o 25 autoclavă la această temperatură pentru cristalizare. După ce se realizează cristalizarea completă, majoritatea hexametileniminei se îndepărtează din autoclavă prin distilare controlată și 30 cristalele de zeolit se separă din lichidul rămas prin filtrare, se spală cu apă deionizată, fac schimb ionic cu amoniu și se usucă. O porție din acest zeolit se supune unui schimb ionic cu soluția apoasă de 35 azotat de amoniu. Materialul este apoi uscat peste noapte la 120°C, calcinat la 480°C timp de 3 h în curent de azot 3 v/v/min apoi se tratează cu amestec 50% în volum aer și 50% în volum azot cu debit de 3 v/v/min, tot 40 la 480°C (900°F) timp de 1 h. Calcinarea se definitivează priți ridicarea temperaturii la 540°C (1000°F) cu viteza de 3°C (5°F)/min și în final se revine la 100% aer (3 v/v/min) cu menținere la această temperatură timp de 6 h. Zeolitul obținut are o activitate Alfa de 323, o arie a suprafeței de 455 m2/g și conține 28 ppm sodiu.
B. Prepararea zeolitului HY.
Catalizatorul HY se prepară prin schimbul ionic a 60 g NaY cu azotat de amoniu IN timp de 1 h la temperatura camerei. Catalizatorul se filtrează, se spală și se repetă procesul de schimb ionic. Zeolitul Y schimbat cu amoniu se calcinează în aer timp de 3 h la 540°C (1000°F). Materialul final are o activitate alfa de 61, o arie a suprafeței de 721 m2/g și conține 3,0% în greutate sodiu.
C. Alchilarea izobutanului cu 2butenă.
Pentru a verifica proprietățile catalitice ale zeoliților de mai sus, s-au efectuat probe separate de alchilare în șarje într-o autoclavă. Procedeul de pornire a constat în încărcarea a 10 g catalizator în reactor, urmată de etanșarea vasului. Apoi au fost introduse aproximativ 350 g izobutan/2-butenă în autoclavă și nămolul obținut s-a agitat în cursul testului ce a urmat sub presiune de azot. Pentru a începe reacția, presiunea de azot s-a micșorat la 1135 kPa (150 psig) și sistemul s-a încălzit cu o viteză de 3°C/min. Condițiile finale de reacție în fiecare experiența a fost o temperatură de I120°C (250°F), presiunea autogenă de 3410 kPa și o viteză de agitare de 500 rot/min.
Rezultatele experiențelor de alchilare sunt date în tabeîlul 8, după cum urmează:
Tabelul 8
Condițiile de alchilare Invenție Invenție HY HY
Catalizatorul
i Cf2^C4 raport molar 50 10 50 10
Ore de funcționare 76 49 28 46
Conversia (%) 95 73 99 85
Distribuția produsului
c5 1,5 0,6 1,8 1,7
c6 4,9 3,4 5,0 3,3
c7. 3,9 2,2 7,1 5,7
c. 74,4 63,3 43,0 36,0
Cp 15,4 30,8 43,2 53,3
Distribuția produșiior C8
2,2,4-trimetilpropanol 4,4 1,0 8,1 2,9
2,3,3-trimetilpropan 43,1 31,8 18,3 8,4
2,3,4-trimetilpropan 34,5 21,7 14,2 7,7
dimetilhexani 16,3 25,3 56,6 69,7
alți produși 1,8 20,3 2,8 11,2
raport molar trimetilpropani/
dimetilhexani 5,0 2,2 0,7 0,3
După cum arată aceste date, utilizarea catalizatorului de alchilare conform invenției conduce la obținerea a mult mai mult alchilat trimetilpropan și vizibil mai puțini produși C9, în comparație cu utilizarea catalizatorului zeolit HY în condiții de conversie echivalente.
Exemplul 16 (comparativ). Acest exemplu compară performanța alchilării cu o compoziție catalitică de alchilare pe bază de zeolit promotat cu BF3, conform cu prezenta invenție, față de cea cu o compoziție catalitică de alchilare pe bază de silice promotată cu BF3. Catalizatorul conform invenției se prepară prin adăugarea a 4,49 părți în greutate hexametilenimină la un amestec care conține 1 parte aluminat de sodiu, 1 parte NaOH 50%, 8,54 părți Ultrasil VN3 și 44,19 părți apă deionizată. Amestecul de reacție se încălzește la 143°C (290°F) și se agită într-o autoclavă la această temperatură pentru cristalizare. După ce s-a efectuat toată cristalizarea, majoritatea hexametileniminei se îndepărtează din autoclavă prin distilare controlată și cristalele de zeolit se separă din lichidul rămas prin filtrare, se spală cu apă deionizată și se Usucă. Zeolitul se activează prin calcînare în N2 la 540°C timp de 6 h, urmată de schiniibul cu azotat de amoniu apos și calcinarea în aer la 540°C timp de 6 h.
Făcând experiențe separate, 10 g din fiecare din compozițiile catalitice de mai sus și 300 ml izobutan s-au încărcat într-un reactor. De aceea s-a răcit conținutul reactorului până la temperatura de alchilare dorită, urmată de agitarea constantă la 1900 rot/min, s-a introdus în reactor BF3 gazos cu un debit de 3% în greutate față de totalul hidrocarburilor alimentate. Apoi, s-a introdus continuu olefina ca materie primă în reactor pentru inițierea alchilării. Raportul molar între izobutani și totalul olefinei a fost de 10:1, temperaturile de reacție au fost de O sau 20°C, așa cum se indică mai jos și WHSV (raportat la total olefină) a fost de 1,3. Compoziția materiei prime este dată operațiilor de compoziții cata în tabelul 9 și rezultatele alchilare pentru ambele itice sunt prezentate în tabelul 10 ce undează.
Tabelul 9
Compoziția materiei prime parafină-olefină
Olefină
Raportul molar izobutan:olefină Componentele curentului de alimentare propilenă izobutilenă
1- butenă
2- butenă izobutan propilenă + butene 12 :1 % în greutate
3,30 1,24 1,01 2,14 92,31
Exemplul 24 (comparativ). Se repetă în esență procedeul din exemplul 16 cu un catalizator de alchilare zeolit promotat cu BF3 conform invenției (exemplul 21) și rezultatele sale se compară cu acelea 5 obținute cu un catalizator similar la care s-a adăugat apă (exemplele 22 și 23) și cu un sistem catalitic BFj/H2O. Rezultatele sunt date în tabelul 19.
Tabelul 19
Caracteristici 21 22 23 24
Catalizatorul BFj/zeolit BFj/zeolit/ BFj/zeolit/ 1/lBFj/apă
apă apă (nu e solid)
Conținut de apă al
catalizatorului proaspăt,
% în greutate 0 10 10 -
Temperatura, °C 10 10 20 20
Presiunea kPa(psig) 1135(150) 1135 1135 1135
Cantitate BF3, % în
greutate din amestecul
alimentat 2,0 2,0 3,0 3,0
Olefine alimentate 2-butene 2-butene amestec amestec
C3 + C4 Q+C,
Raport la alimentare
iC^olefine 10 10 10 10
WHSV olefină 1,35 1,35 2,24 2,24
Conversia olefinei, % 57 100 100 100
Randament 1,2 2,0 2,0 2,2
Distribuția produsului
total (% în greutate) 1,2 2,0 2,0 2,2
cs 1,4 2,5 5,4 7,9
C6 2,6 2,6 5,4 7,9
C, 1,4 2,8 34,6 33,1
22,9 85,9 47,1 41,6
C9 total 71,7 6,2 7,4 9,1
RON + O 97,0 91,5 89,0
MON + O 93,0 89,6 89,0
Din tabelul 18 se vede că, în condiții de procedeu identice, sistemul BF^zeolit/H^O este mai activ decât catalizatorul fără apă (conversia olefinei 100 față de 57%) și conduce la un produs alchilat de calitate superioară (6,2 față de 71,7% în greutate Cp). De asemenea, alchilatul obținut cu catalizatorul BFj/zeolit/H2O este superior (mai mult C8 și mai puțin C<J) față de produsul obținut cu sistemul BFj/H2O.

Claims (8)

1. Procedeu de alchilare a unei izoparafîne cu o olefină, pentru a produce un produs alchilat, prin reacția izoparafinei și olefinei la o temperatură de - 40 până la 400°C, o viteză în spațială orară în greutate a olefinei de 0,01 până la 100 și o presiune până la 34580 kPa, în prezența unui catalizator zeolit și, eventual, a apei, caracterizat prin aceea câ zeolitul are o diagramă de difracție a razelor X incluzând Distanța d interplanară (A)
30,0 ± 2,2
22,1 ± 1,3 12,36 ± 0,4 11,03 ± 0,2 8,83 ± 0,14 6,86 ± 0,14 6,18 ± 0,12 6,00 ± 0,10 5,54 ± 0,10 4,92 ± 0,09 4,64 ± 0,08
4.41 ± 0,08 4,25 ± 0,08 4,10 ± 0,07 4,06 ± 0,07 3,91 ± 0,07
3,75 ± 0,06
3,56 ± 0,06
3.42 ± 0,06
3,30 ± 0,05 3,20 ± 0,05 3,14 ± 0,05 3,07 ± 0,05 2,99 ± 0,05 2,82 ± 0,05 2,78 ± 0,05 2,68 ± 0,05 259 ± 0,05
2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că zeolitul are o compoziție reprezentată prin relația molară:
X2Oy(n)YO2 în care n este cel puțin 10, X este un element trivalent și Y este un element tetravalent.
3. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că X este aluminiu și Y este siliciu.
4. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că zeolitul are capacități de adsorbție în echilibru mai mari decât 4,5% în greutate pentru vaporii de ciclohexan și mai mari decât 10% pentru vaporii de «-hexan.
5. Procedeu, conform revendicării 1, următoarele valori:
Intensitatea relativă I/Io x 100
0-40 0 - 20 I 20 - 100 20 - 60 20 - 100 0-40 20 - 100 0-40 0 — 40 0 — 20 0 — 20 0 — 40 0 — 20 0-60 0-60 20 - 100 0 — 40 0-60 60 - 100 0 - 40 1 0 - 40 ; 0 — 40 0 — 20 0-20 0 — 20 0 — 20 0-20 0 — 20 caracterizat prin aceea că izoparafina conține de la 4 la 8 atomi de carbon, de preferință fiind izobutan, iar olefina conține de la 2 la 12 atomi de carbon, de preferință fiind propilenă și/sau butenă (butene).
6. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că raportul molar al izoparafinei totale față de olefina totală este de 0,5 :1 până la 500 :1, de preferință de la 3 : 1 până la 50 :1.
7. Procedjeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că zeolitul este activat cu un acid Lewis.
8. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 7, caracterizat prin aceea că acidul Lewis este BF3.
RO148494A 1990-01-25 1990-04-09 Procedeu de alchilare a unei izoparafine cu o olefina RO108955B1 (ro)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/470,016 US5012033A (en) 1988-10-06 1990-01-25 Isoparaffin-olefin alkylation process and catalyst composition thereof
US07/470,014 US4992615A (en) 1990-01-25 1990-01-25 Isoparaffin-olefin alkylation process
PCT/US1990/001926 WO1991011412A1 (en) 1990-01-25 1990-04-09 Isoparaffin-olefin alkylation process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO108955B1 true RO108955B1 (ro) 1994-10-31

Family

ID=27042934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO148494A RO108955B1 (ro) 1990-01-25 1990-04-09 Procedeu de alchilare a unei izoparafine cu o olefina

Country Status (15)

Country Link
EP (1) EP0464156B1 (ro)
JP (1) JPH04504857A (ro)
KR (1) KR920701084A (ro)
AT (1) ATE138629T1 (ro)
AU (1) AU635931B2 (ro)
BG (1) BG95118A (ro)
BR (1) BR9007239A (ro)
CA (1) CA2042360A1 (ro)
DE (1) DE69027207D1 (ro)
DK (1) DK0464156T3 (ro)
HU (1) HU207978B (ro)
NO (1) NO913747L (ro)
RO (1) RO108955B1 (ro)
RU (1) RU2031900C1 (ro)
WO (1) WO1991011412A1 (ro)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6673734B1 (en) 1994-10-03 2004-01-06 Exxonmobil Research And Engineering Company Crystalline microporous oxide catalysts having increased Lewis acidity and methods for the preparation thereof
US6482313B1 (en) 1994-10-03 2002-11-19 Exxonmobil Research And Engineering Company FCC process incorporating crystalline microporous oxide catalysts having increased Lewis acidity
CA2177293C (en) * 1995-06-23 2003-12-09 William Lee Schuette Crystalline microporous oxide having increased lewis acidity and fluid catalytic cracking process using same
RU2445165C1 (ru) * 2010-09-09 2012-03-20 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Катализатор, способ его получения (варианты) и способ жидкофазного алкилирования изобутана олефинами c2-c4 в его присутствии
RU2445164C1 (ru) * 2010-09-09 2012-03-20 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Катализатор, способ его получения (варианты) и способ жидкофазного алкилирования изобутана олефинами c2-c4 в его присутствии
RU2457902C2 (ru) * 2010-09-09 2012-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Катализатор, способ его получения (варианты) и способ жидкофазного алкилирования изобутана олефинами c2-c4 в его присутствии
MX356659B (es) * 2012-06-26 2018-05-31 Cytec Ind Inc Proceso de alquilacion utilizando liquidos ionicos a base de fosfonio.
WO2017222766A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Exxonmobil Research And Engineering Company Isoparaffin-olefin aklylation

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3906054A (en) * 1974-09-23 1975-09-16 Mobil Oil Corp Alkylation of olefins
US4150062A (en) * 1976-12-20 1979-04-17 Mobil Oil Corporation Light olefin processing
DE3117135A1 (de) * 1981-04-30 1982-11-18 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Kristallines alumosilicat, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung zur katalytischen umwandlung von methanol und/oder dimethylether in kohlenwasserstoffe
US4377721A (en) * 1981-06-22 1983-03-22 Mobil Oil Corporation Alkylation of isoparaffins with olefins
US4384161A (en) * 1982-03-15 1983-05-17 Mobil Oil Corporation Heterogeneous isoparaffin/olefin alkylation
US4788370A (en) * 1986-05-13 1988-11-29 Mobil Oil Corporation Catalytic conversion

Also Published As

Publication number Publication date
HU207978B (en) 1993-07-28
BR9007239A (pt) 1992-02-25
EP0464156A4 (en) 1992-07-22
AU5545890A (en) 1991-08-21
NO913747D0 (no) 1991-09-24
AU635931B2 (en) 1993-04-08
BG95118A (bg) 1993-12-24
KR920701084A (ko) 1992-08-11
RU2031900C1 (ru) 1995-03-27
HU903747D0 (en) 1991-11-28
DK0464156T3 (da) 1996-06-17
EP0464156B1 (en) 1996-05-29
WO1991011412A1 (en) 1991-08-08
ATE138629T1 (de) 1996-06-15
JPH04504857A (ja) 1992-08-27
HUT58671A (en) 1992-03-30
DE69027207D1 (de) 1996-07-04
NO913747L (no) 1991-09-24
EP0464156A1 (en) 1992-01-08
CA2042360A1 (en) 1991-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5012033A (en) Isoparaffin-olefin alkylation process and catalyst composition thereof
US4992615A (en) Isoparaffin-olefin alkylation process
EP0445969B1 (en) Catalytic hydrodealkylation of aromatics
US4954663A (en) Process for preparing long chain alkyl phenols
US4962256A (en) Process for preparing long chain alkyl aromatic compounds
US4954325A (en) Composition of synthetic porous crystalline material, its synthesis and use
US5304698A (en) Solid catalyzed supercritical isoparaffin-olefin alkylation process
US4451685A (en) Process to convert C2 -C3 olefins to a gasoline blending stock
US5073665A (en) Process for alkylating olefins and isoparaffins in a fixed bed reactor
US5107047A (en) Zeolite MCM-22 catalysts for olefin isomerization
US4433190A (en) Process to convert linear alkanes
AU639826B2 (en) Alkylaromatic isomerization process
US5254792A (en) Isoparaffin:olefin alkylation in the presence of synthetic porous MCM-49
US4377721A (en) Alkylation of isoparaffins with olefins
US5258569A (en) Isoparaffin-olefin alkylation process with zeolite MCM-36
US5354718A (en) Catalyst and process for isoparaffin-olefin alkylation
RO108955B1 (ro) Procedeu de alchilare a unei izoparafine cu o olefina
US5146029A (en) Olefin interconversion by shape selective catalysis
EP0193282B1 (en) A crystalline silicate and method of its synthesis
US4499325A (en) Alkene conversion using AMS-1B crystalline borosilicate
US8071830B1 (en) Process for alkylation of aromatic hydrocarbons using UZM-35
US4499326A (en) Selective low-temperature isomerization of normal butenes using AMS-1B crystalline borosilicate molecular sieve
US5461182A (en) Hydrogen transfer and isoparaffin-olefin alkylation process
US5625113A (en) Isoparaffin/olefin alkylation
US5326922A (en) Hydrogen transfer process