RU2313391C2 - Catalyst and gasoline-alkylate production process - Google Patents

Catalyst and gasoline-alkylate production process Download PDF

Info

Publication number
RU2313391C2
RU2313391C2 RU2005103250/04A RU2005103250A RU2313391C2 RU 2313391 C2 RU2313391 C2 RU 2313391C2 RU 2005103250/04 A RU2005103250/04 A RU 2005103250/04A RU 2005103250 A RU2005103250 A RU 2005103250A RU 2313391 C2 RU2313391 C2 RU 2313391C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
alkylate
isobutane
catalysts
reformate
Prior art date
Application number
RU2005103250/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005103250A (en
Inventor
Виктор Алексеевич Плахотник (RU)
Виктор Алексеевич Плахотник
Юрий Куртович Вайль (RU)
Юрий Куртович Вайль
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ВАМИК"
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
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ВАМИК" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ВАМИК"
Priority to RU2005103250/04A priority Critical patent/RU2313391C2/en
Publication of RU2005103250A publication Critical patent/RU2005103250A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2313391C2 publication Critical patent/RU2313391C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: petrochemical process catalysts.
SUBSTANCE: invention relates to chemistry of heterogeneous catalysts and is directed to production of high-octane gasoline component via alkylation of isobutane with butane-butylene fraction on heterogeneous catalysts. Solid catalyst represents porous superacid based on zirconium and/or hafnium metallosilicates promoted with salts of double- or triple-charged metal cations with double-charged anions and depicted by general formula (EO2·aSiO2)·b(McXd) wherein E = Zr and/or Hf, a=17-34; b=0.5 when c=1 and d=1, M= Ni2+, Zn2+, or ZrO2+, X=SO42- or ZrF62-; or b=0.1666 when c=2 and d=3, M=Sc3+, Y3+, or Ga3+ and X= SO42-, parameter "a" being allowed to deviate from indicated value to larger or lesser side by 20% and parameter "b" by 5%. High-octane gasoline component is produced as indicated above at temperature 348 to 375 K, pressure 1.7 to 2.5 MPa, isobutane-to-butenes molar ratio 10-15, and volume feed supply velocity between 6.4 and 8.5 g/mL catalyst/h. Catalyst can optionally be regenerated.
EFFECT: enhanced conversion, yield of alkylate, productivity, and prolonged catalyst lifetime.
7 cl, 4 tbl, 11 ex

Description

Изобретение относится к химии гетерогенного катализа, в частности к процессам получения высокооктанового компонента бензина, именуемого в нефтеперерабатывающей промышленности как »алкилат». В основе процесса получения алкилата лежит реакция алкилирования изопарафинов (изобутан) низшими олефинами (пропен, бутены). Катализаторами промышленного алкилирования служат безводный фтороводород или концентрированная серная кислота. Технологическое оформление реакции доведено до высокой степени совершенства: для получения 1 т алкилата требуется не более 0,4 кг фтороводорода или 70 кг серной кислоты. Несмотря на возврат и регенерацию использованных катализаторов, стоимость алкилата на 30% определяется ценой катализатора. Снижение требований к качеству реагентов (по содержанию влаги, диенов, серосодержащих соединений) увеличивает расход фторводорода до 1 кг на 1 т алкилата, а расход серной кислоты повышает до 200 кг/т алкилата. Токсичность, коррелирующее действие на материалы оборудования, образование трудноутилизируемых отходов при общемировом масштабе производства алкилата, превышающем 70 млн. т\год, высокая вероятность возникновения экологических катастроф делают использование названных катализаторов весьма проблематичным.The invention relates to the chemistry of heterogeneous catalysis, in particular to processes for producing a high-octane component of gasoline, referred to in the refining industry as "alkylate". The alkylate production process is based on the alkylation reaction of isoparaffins (isobutane) with lower olefins (propene, butenes). Industrial alkylation catalysts are anhydrous hydrogen fluoride or concentrated sulfuric acid. The technological design of the reaction has been brought to a high degree of perfection: no more than 0.4 kg of hydrogen fluoride or 70 kg of sulfuric acid is required to obtain 1 ton of alkylate. Despite the return and regeneration of the used catalysts, the cost of alkylate at 30% is determined by the price of the catalyst. Reducing the requirements for the quality of reagents (in terms of moisture, dienes, sulfur-containing compounds) increases the consumption of hydrogen fluoride to 1 kg per 1 ton of alkylate, and the consumption of sulfuric acid increases to 200 kg / t of alkylate. The toxicity, the correlating effect on equipment materials, the formation of difficult to recycle waste with a global scale of alkylate production exceeding 70 million tons / year, and the high probability of environmental disasters make the use of these catalysts very problematic.

В качестве альтернативных катализаторов реакции алкилирования предложены различные кислотные гетерогенные системы. Лишь четыре из них доведены до уровня демонстрационных пилотных установок. Среди них разработки фирм «Халдор Топсе», «Каталитика, Несте Ой, Коноко», «Кемикл Рисерч энд лицензинг, Шеврон» и «ЮОП». Разработки этих фирм предложили несколько технологических схем применения гетерогенных катализаторов, среди них:Various acid heterogeneous systems have been proposed as alternative catalysts for the alkylation reaction. Only four of them are brought to the level of demonstration pilot plants. Among them are the developments of Haldor Topsoe, Catalitika, Neste Oy, Konoko, Chemical Research and Licensing, Chevron and UOP. The developments of these firms proposed several technological schemes for the use of heterogeneous catalysts, among them:

1. Известные кислоты Бренстеда, гетерогенизированные на неорганических носителях пористой и непористой природы, как описано в европатентах ЕР 0433954 А1, ЕР 0542620 А1.1. Known Bronsted acids heterogenized on inorganic carriers of a porous and non-porous nature, as described in European Patents EP 0433954 A1, EP 0542620 A1.

2. Известные кислоты Льюиса, гетерогенизированные на неорганических кристаллических носителях с регулярной пористой структурой(цеолитах) или на полимерных носителях, причем и цеолиты, и органические полимеры первоначально обладают кислотной функцией Бренстеда, пат США 3975299, 4384161, 4992616.2. Known Lewis acids heterogenized on inorganic crystalline supports with regular porous structure (zeolites) or on polymer supports, both zeolites and organic polymers initially possess the Bronsted acid function, US Pat. No. 3,975,299, 4,384,161, 4992616.

3. Полимерные материалы, содержащие перфторалкиленсульфоновые или перфторариленсульфоновые группы, их применение описано в пат. США 3855342, 3862258, 4038213.3. Polymer materials containing perfluoroalkylene sulfonic or perfluoroarylene sulfonic groups, their use is described in US Pat. U.S. 3855342, 3862258, 4038213.

4. Твердые неорганические кристаллические материалы с регулярной пористой структурой определенных размеров(цеолиты),обладающие одновременно свойствами кислот Бренстеда и Льюиса, пат. США 4300015, 4992615, 5258569, WO 93\017106, 99\19279.4. Solid inorganic crystalline materials with a regular porous structure of certain sizes (zeolites), which simultaneously have the properties of Bronsted and Lewis acids, US Pat. U.S. 4300015, 4992615, 5258569, WO 93 \ 017106, 99 \ 19279.

5. Твердые неорганические аморфные материалы с нерегулярной пористой структурой, модифицированные нанесением соединений, обладающих свойствами «сверхкислоты». По известному определению «сверхкислотой « называют смесь таких соединений, которые порознь обладают свойствами кислот Бренстеда и Льюиса с известными свойствами, а их смесь превосходит по силе 100%-ную серную кислоту. Патентная информация о каталитическом действии таких систем представлена патентами Японии: 51-63386, 57-3650, 59-40056, 59-6181, 61-242461; Китая 1230463, 1362286; США 3251902, 3655813, 4377721, 5491278, 5493067, которые в совокупности излагают концепцию аналогов нашего изобретения, и патентом РФ 2091360, принятого нами за прототип изобретения.5. Solid inorganic amorphous materials with an irregular porous structure, modified by the deposition of compounds with the properties of "super acid". According to the well-known definition, “superacid” means a mixture of such compounds that separately possess the properties of Bronsted and Lewis acids with known properties, and their mixture surpasses 100% sulfuric acid in strength. Patent information on the catalytic effect of such systems is represented by Japanese patents: 51-63386, 57-3650, 59-40056, 59-6181, 61-242461; China 1230463, 1362286; US 3251902, 3655813, 4377721, 5491278, 5493067, which together set forth the concept of analogues of our invention, and RF patent 2091360, adopted by us for the prototype of the invention.

Все пять направлений использования гетерогенных катализаторов для получения алкилата требуют профессиональной экспертной оценки по ряду параметров. Такими параметрами процесса алкилирования являются:All five areas of using heterogeneous catalysts for the production of alkylate require professional expert evaluation on a number of parameters. These parameters of the alkylation process are:

- конверсия олефинов (бутенов), К, %, которая к моменту завершения межрегенерационного пробега катализатора должна быть не ниже 90%,- the conversion of olefins (butenes), K,%, which at the time of completion of the inter-regeneration run of the catalyst should be at least 90%,

- выход алкилата на пропущенные бутены, В, масс.%. В реальных условиях алкилирование включает не только основную реакцию образования алкилата изобутан + бутены → триметилпентаны, диметилгексаны (алкилат) (1), но и побочный процесс олигомеризации бутены → олигомер бутенов (2). Поэтому теоретический выход продуктов реакции по уравнениям (1) и (2) принимают равным 203,6 и 100 масс.% соответственно. В присутствии сверхкислот выход алкилата повышается за счет реакции самоалкилирования изобутана 2 (изобутан) → триметилпентаны, диметилгексаны (алкилат) + водород (3) и возрастает вплоть до 210% и более,- yield of alkylate to the missed butenes, B, wt.%. In real conditions, alkylation includes not only the main reaction of isobutane + butenes → trimethylpentanes, dimethylhexanes (alkylate) alkylate formation (1), but also a side process of butene oligomerization → butene oligomer (2). Therefore, the theoretical yield of reaction products according to equations (1) and (2) is taken equal to 203.6 and 100 wt.%, Respectively. In the presence of superacids, the yield of alkylate increases due to the self-alkylation of isobutane 2 (isobutane) → trimethylpentanes, dimethylhexanes (alkylate) + hydrogen (3) and increases up to 210% or more,

- производительность по алкилату, измеряемая массой алкилата, производимого единицей массы (объема) катализатора за 1 час, П, кгалк\кгкатч, кгалккат ч,- productivity on alkylate, measured by the mass of alkylate produced by the unit mass (volume) of the catalyst for 1 hour, P, kg alk \ kg cat h, kg alk \ l cat h,

- ресурс (время жизни) катализатора, измеряемый количеством алкилата, получаемого с единицы массы (объема) катализатора за межрегенерационный пробег, Р кгалк\кгкат, кгалккат. Продолжительность пробега катализатора в часах есть частное от деления величины Р на величину П.- the resource (lifetime) of the catalyst, measured by the amount of alkylate obtained from a unit mass (volume) of the catalyst for the inter-regeneration run, P kg alk \ kg cat , kg alk \ l cat . The duration of the catalyst run in hours is the quotient of dividing the value of P by the value of P.

Эксплуатационные параметры для катализаторов всех пяти вышеперечисленных типов представлены в табл.1. Как следует из таблицы, наилучшими показателями по выходу алкилата, производительности и ресурсу действия обладает катализатор по прототипу.The operational parameters for the catalysts of all five of the above types are presented in table 1. As follows from the table, the best indicators for the yield of alkylate, productivity and resource of action have a prototype catalyst.

Таблица 1.
Эксплуатационные характеристики гетерогенных катализаторов для получения алкилата в соответствии с пятью концепциями их происхождения.
Table 1.
Performance characteristics of heterogeneous catalysts for the production of alkylate in accordance with five concepts of their origin.
ПоказателиIndicators Гетерогенные катализаторы в соответствии с концепциейHeterogeneous catalysts in accordance with the concept 1,21,2 3,43.4 55 АналогиAnalogs ПрототипPrototype Конверсия бутенов, К, %The conversion of butenes, K,% 98-10098-100 90-10090-100 95-10095-100 94-9994-99 Выход алкилата, В, масс.%The yield of alkylate, In, wt.% 190-210190-210 180-210180-210 195-200195-200 186-204186-204 Производительность по алкилату П, кгалк\кгкат чAlkylate productivity P, kg alk \ kg cat h 2,0-2,1 (1,2-1,3)2.0-2.1 (1.2-1.3) 0,05-1,0 (0,03-0,6)0.05-1.0 (0.03-0.6) 0,2-0,3 (0,1-0,24)0.2-0.3 (0.1-0.24) 0,2-1,7 (0,12-0,99)0.2-1.7 (0.12-0.99) Ресурс, Р, кгалк\кгкат Resource, P, kg alk / kg cat 500-600 (300-360)500-600 (300-360) 3-24
(2-15)
3-24
(2-15)
20-50
(14-35)
20-50
(14-35)
300-670
(180-400)
300-670
(180-400)
Время жизни, чLife time, h 250-300250-300 40-20040-200 80-25080-250 200-880200-880 Возможность регенерацииRegeneration option НетNo 3 - нет, 4 - да3 - no, 4 - yes ДаYes ДаYes Примечание: в скобках указаны массово-обьемные показатели, кг/л ч, кг/л.Note: in parentheses are mass-volume indicators, kg / l h, kg / l.

Все остальные катализаторы не имеют перспектив для внедрения либо по экологическим, либо по технико-экономическим показателям. Авторы прототипа декларировали наличие высоких показателей предлагаемых катализаторов способом их синтеза, отличающегося тем, что на первом этапе приготовления катализатора необходимо синтезировать матрицу-носитель, а затем на втором этапе нанести на носитель активный компонент с размером частиц не более 1-50 нм. Также было заявлено, что катализатор может быть многократно регенерирован после дезактивации путем промывки органическими растворителями без или с дополнительной подачей водорода при промывке.All other catalysts have no prospects for implementation either on environmental or on technical and economic indicators. The prototype authors declared the presence of high performance of the proposed catalysts by the method of their synthesis, characterized in that at the first stage of preparation of the catalyst it is necessary to synthesize a carrier matrix, and then at the second stage apply the active component with a particle size of not more than 1-50 nm. It was also stated that the catalyst can be repeatedly regenerated after deactivation by washing with organic solvents without or with an additional supply of hydrogen during washing.

Недостатком прототипа является невысокий ресурс действия и умеренно низкий выход алкилата на взятый в реакцию олефин, особенно после нескольких регенераций.The disadvantage of the prototype is a low resource of action and a moderately low yield of alkylate for the olefin taken in the reaction, especially after several regenerations.

Задача изобретения - создание экологически безопасного способа получения бензин-алкилата в присутствии гетерогенного сверхкислотного катализатора, ведущего реакцию алкилирования изобутана бутенами.The objective of the invention is the creation of an environmentally friendly method for producing gasoline alkylate in the presence of a heterogeneous super-acid catalyst that conducts the alkylation reaction of isobutane with butenes.

В основе решения поставленной технической задачи лежит повышение эксплуатационных свойств гетерогенного катализатора, которое выражается как в увеличении ресурса действия катализатора, так и в повышении устойчивости к регенерации, причем первоначальные свойства катализатора воспроизводятся, в отличие от прототипа, многократно. Улучшение свойств катализатора по сравнению с прототипом достигается за счет определенного соотношения активных компонентов, которые формируют не в две, а в одну стадию, причем активные компоненты взаимодействуют друг с другом на уровне частиц, имеющих наноразмеры, т.е. на уровне молекул.The basis of the solution of the technical problem lies in increasing the operational properties of a heterogeneous catalyst, which is expressed both in increasing the catalyst resource and in increasing the resistance to regeneration, and the initial properties of the catalyst are reproduced, unlike the prototype, many times. Improving the properties of the catalyst compared to the prototype is achieved due to a certain ratio of active components that are formed not in two but in one stage, and the active components interact with each other at the level of particles having nanoscale sizes, i.e. at the molecular level.

Вопреки утверждению авторов прототипа о благотворном влиянии на ресурс катализатора добавок в исходное сырье продукта реакции - алкилата, мы нашли, что эта добавка существенно сокращает ресурс катализатора. Реально лишь прибавление к сырью ароматических углеводородов действительно увеличивает ресурс катализатора. На практике мы рекомендуем добавлять к исходному сырью до 5% масс. ароматических углеводородов в виде реформата или катализата из процесса ароматизации фракцию БТК (бензол, толуол, ксилол). В предлагаемом способе алкилирования катализатор регенерируют путем промывки его реформатом в атмосфере водорода. Реформат после использования применяется по своему назначению.Contrary to the assertion of the authors of the prototype about the beneficial effect on the catalyst resource of additives in the feedstock of the reaction product, the alkylate, we found that this additive significantly reduces the catalyst resource. In reality, only adding aromatic hydrocarbons to the feedstock actually increases the catalyst resource. In practice, we recommend adding up to 5% of the mass to the feedstock. aromatic hydrocarbons in the form of reformate or catalysis from the process of aromatization of the BTX fraction (benzene, toluene, xylene). In the proposed method of alkylation, the catalyst is regenerated by washing it with a reformate in a hydrogen atmosphere. Reform after use is applied as intended.

Твердый гетерогенный катализатор для получения бензина-алкилата путем контактирования жидкой смеси изобутана и бутан-бутеновой фракции с этим катализатором представляет собой твердую пористую сверхкислоту на основе металлосиликатов, циркония, гафния или их смесей, промотированных солями двух- или трехзарядных катионов металлов с двухзарядными анионами, и имеет общую формулуA solid heterogeneous catalyst for producing gasoline alkylate by contacting a liquid mixture of isobutane and a butane-butene fraction with this catalyst is a solid porous superacid based on metal silicates, zirconium, hafnium or mixtures thereof, promoted with salts of doubly or triply charged metal cations with doubly charged anions, and has the general formula

(ЭО2.a SiO2).b (Mc*Xd),(EO 2 .a SiO 2 ) .b (M c * X d ),

где Э=Zr, Hf или их смеси,where E = Zr, Hf or mixtures thereof,

а=17-34a = 17-34

b=0,5b = 0.5

при с=1 и d=1,with c = 1 and d = 1,

М=Ni2+, Zn2+ и ZrO2+ M = Ni 2+ , Zn 2+ and ZrO 2+

X=SO42-, ZrF62-,X = SO 4 2- , ZrF 6 2- ,

и а=17-34, b=0,1666 при с=2 и в=3,and a = 17-34, b = 0.1666 with c = 2 and b = 3,

M=Sc3+Y3+, Ga3+,M = Sc 3+ Y 3+ , Ga 3+ ,

Х=SO42-,X = SO 4 2- ,

причем коэффициенты а и b могут отклоняться относительно указанных значений в большую или в меньшую сторону на 20% для коэффициента а и на 5% для коэффициента b.moreover, the coefficients a and b can deviate relative to the indicated values up or down by 20% for coefficient a and by 5% for coefficient b.

Процесс ведут при температуре 348-375 К, давлении 1,7-2,5 МПа и скорости подачи сырьевой смеси 6,4-8,5 г/млкатч. В качестве сырья применяют смесь изобутана и бутенов с мольным отношением от 10 до 15.The process is carried out at a temperature of 348-375 K, a pressure of 1.7-2.5 MPa and a feed rate of the raw material mixture of 6.4-8.5 g / ml cat h. A mixture of isobutane and butenes with a molar ratio of from 10 to fifteen.

Для увеличения продолжительности работы катализатора в исходную сырьевую смесь дополнительно вводят 0,6-1,0 мас.% ароматических углеводородов в виде промышленного реформата или катализата из процесса ароматизации низших парафинов БТК (смесь бензол-толуол-ксилолы).To increase the duration of the catalyst, 0.6-1.0 wt.% Of aromatic hydrocarbons are additionally introduced into the initial raw material mixture in the form of industrial reformate or catalysis from the aromatization process of BTX lower paraffins (benzene-toluene-xylene mixture).

Восстановление активности дезактивированного твердого гетерогенного катализатора осуществляют путем замены исходного сырья реформатом, подаваемым с объемной скоростью 2-3 ч-1 при температуре 403-423 К в течение 4-6 ч и дополнительно насыщенным водородом под давлением 5 МПа.The restoration of the activity of a deactivated solid heterogeneous catalyst is carried out by replacing the feedstock with a reformate supplied with a space velocity of 2-3 h -1 at a temperature of 403-423 K for 4-6 h and additionally saturated with hydrogen under a pressure of 5 MPa.

Были синтезированы 3 образца катализаторов. Первый - в условиях действия прототипа, остальные - по нашей методике.3 catalyst samples were synthesized. The first is in the conditions of the prototype, the rest - according to our technique.

Пример 1. Катализатор К 1 по прототипу синтезирован из 20%-ного золя кремневой кислоты, взятого в количестве, соответствующем содержанию 81,0 г двуокиси кремния. Золь смешали с раствором нитрата цирконила, взятого в количестве, содержащем 10,96 г двуводной соли. После нагревания и перемешивания до однородной массы полученный гель высушен до постоянной массы и измельчен в порошок. Порошок помещен в 200 мл раствора, содержащего 0,17 г платины в форме H2(PtCl6) 6 Н2О, а также 13,78 г цинковой соли цирконилсерной кислоты в пересчете на безводную. После упаривания досуха композиция катализатора имеет состав, масс.%:Example 1. The catalyst K 1 according to the prototype was synthesized from a 20% sol of silicic acid, taken in an amount corresponding to the content of 81.0 g of silicon dioxide. The sol was mixed with a solution of zirconyl nitrate, taken in an amount containing 10.96 g of a two-water salt. After heating and stirring to a homogeneous mass, the resulting gel is dried to constant mass and ground into powder. The powder was placed in 200 ml of a solution containing 0.17 g of platinum in the form of H 2 (PtCl 6 ) 6 H 2 O, as well as 13.78 g of the zinc salt of zirconylsulfuric acid in terms of anhydrous. After evaporation to dryness, the catalyst composition has a composition, wt.%:

SiO2 SiO 2 81,081.0 ZrO2 ZrO 2 5,055.05 PtPt 0,170.17 ZnZrO(SO4)2 ZnZrO (SO 4 ) 2 13,78.13.78.

После таблетирования композиции методом сухого прессования катализатор К 1 нагревали в муфельной печи до максимальной температуры 600°С и выдерживали в этих условиях 3 часа. Горячий катализатор герметично укупоривали.After tabletting the composition by dry pressing, the K 1 catalyst was heated in a muffle furnace to a maximum temperature of 600 ° C and kept under these conditions for 3 hours. The hot catalyst was hermetically sealed.

Пример 2. 206,0 г тетраметокси- или 281,0 г тетраэтоксисилана гидролизуют 560 мл дистиллированной воды, подкисленной азотной кислотой до рН=1. Температура при гидролизе не выше 30°С. После получения прозрачного раствора к нему при перемешивании приливают раствор из 21,1 г дигидрата нитрата цирконила и 11,8 г гептагидрата сульфата цинка в минимальном объеме воды. Прозрачный раствор распыляют в пламени воздушно-пропановой горелки, собирая готовый порошок катализатора в циклоне. Порошок пропитывают соединением платины, как в примере 1, сушат и таблетируют. Прокаливают, как описано выше. Получают катализатор К 2Example 2. 206.0 g of tetramethoxy- or 281.0 g of tetraethoxysilane are hydrolyzed with 560 ml of distilled water, acidified with nitric acid to pH = 1. The temperature during hydrolysis is not higher than 30 ° C. After obtaining a clear solution, a solution of 21.1 g of zirconyl nitrate dihydrate and 11.8 g of zinc sulfate heptahydrate in a minimum volume of water is added to it with stirring. A clear solution is sprayed in the flame of an air-propane burner, collecting the finished catalyst powder in a cyclone. The powder is impregnated with a platinum compound, as in Example 1, dried and tableted. Calcined as described above. Catalyst K 2 is obtained.

Пример 3. 215,0 г свежеперегнанного в вакууме метилата или 271,0 г этилата циркония растворяют в 2600,0 г в тетраметокси- или в 3560,0 г тетраэтоксисилана прибавляют 80,8 г этилата цинка и 90 г диметилсульфата. Полученный раствор после перемешивания закачивают в центральное сопло распылителя, коаксиально окруженное соплом большего диаметра. Через это сопло подают перегретый до 200°С водяной пар. Отношение водяной пар/органический раствор не менее 10 по массе. Тонкодиспергированный порошок собирают в циклоне, сушат при температуре 150-200°С 5 часов, наносят 0,17 масс.% платины, таблетируют и прокаливают, как было описано выше. Получают катализатор К 3.Example 3. 215.0 g of freshly distilled in a vacuum methylate or 271.0 g of zirconium ethylate are dissolved in 2600.0 g in tetramethoxy or 3560.0 g of tetraethoxysilane, 80.8 g of zinc ethylate and 90 g of dimethyl sulfate are added. The resulting solution, after stirring, is pumped into the central nozzle of the atomizer, coaxially surrounded by a nozzle of a larger diameter. Overheated to 200 ° C water vapor is supplied through this nozzle. The ratio of water vapor / organic solution is not less than 10 by weight. The finely dispersed powder is collected in a cyclone, dried at a temperature of 150-200 ° C for 5 hours, 0.17 wt.% Platinum is applied, tabletted and calcined, as described above. Catalyst K 3 is obtained.

Катализаторы по изобретению после термообработки при 600°С имеют один и тот же состав, соответствующий формулеThe catalysts according to the invention after heat treatment at 600 ° C have the same composition corresponding to the formula

(ZrO2 17,12 SiO2) 0,52 ZnSO4+1,1 10-2 Pt(ZrO 2 17.12 SiO 2 ) 0.52 ZnSO 4 +1.1 10 -2 Pt

Их испытывают, поместив в обогреваемый металлический проточный реактор. Сырьем служила смесь изобутана с промышленной бутан-бутеновой фракцией углеводородов с мольным отношением изобутан/бутены 10,3. Скорость подачи сырья 6,4 г\млкат ч, давление 1,7 МПа, температура 348 К. Результаты сравнения всех трех катализаторов представлены в табл.2. Регенерацию осуществляли, прокачивая через дезактивированный катализатор реформат, насыщенный водородом под давлением 5 МПа. Объемная скорость подачи реформата 2-3 ч-1, температура 403-423 К.They are tested by placing in a heated metal flow reactor. The feed was an isobutane mixture with an industrial butane-butene hydrocarbon fraction with an isobutane / butene molar ratio of 10.3. The feed rate of 6.4 g / ml cat h, pressure 1.7 MPa, temperature 348 K. The comparison results of all three catalysts are presented in table 2. Regeneration was carried out by pumping reformate saturated with hydrogen under a pressure of 5 MPa through a deactivated catalyst. The volumetric feed rate of reformate is 2-3 h -1 , the temperature is 403-423 K.

Продолжительность регенерации 4-6 часов.The duration of the regeneration is 4-6 hours.

Таблица 2.
Результаты сравнения экспериментальных характеристик катализаторов при алкилировании изобутана бутенами (10,3 моль\моль), 348 К, 1,7 МПа. Подача сырья 6,4 г\млкат ч (обозначения - см. табл.1).
Table 2.
The results of comparing the experimental characteristics of the catalysts during the alkylation of isobutane with butenes (10.3 mol / mol), 348 K, 1.7 MPa. Supply of raw materials 6.4 g / ml cat h (designations - see table 1).
ПоказателиIndicators КатализаторыCatalysts По прототипуAccording to the prototype Предлагаемая разработкаProposed Development К1K1 К2K2 К3K3 К, %K,% 95-9795-97 95-9995-99 96-10096-100 В, % масс.In,% of the mass. 195-202195-202 195-210195-210 195-215195-215 П, г\млкат чP, g / ml cat h 0,930.93 0,940.94 0,940.94 Время непрерывной работы, чContinuous work hours 380380 490490 550550 Время непрерывной работы после 5-ой регенерации, чContinuous operation time after the 5th regeneration, h 250250 490490 550550 К, %K,% 80-8580-85 95-9795-97 95-9795-97 В, % масс.In,% of the mass. 160-172160-172 195-205195-205 195-210195-210

Пример 4. Катализатор К 3 для демонстрации управления его ресурсами испытывают при алкилировании изобутана бутенами, содержащими добавку реформата. Остальные условия - как в табл.2. Скорость подачи сырья 6,45 г\млкат ч, причем 0,05 г\млкат ч приходится на реформат. Получают производительность по алкилату на уровне 0,98-0,99 г\млкат ч в течение 800 часов. Доля реформата в полученном алкилате составляет 5% масс. и не сказывается существенно на товарных свойствах продукта.Example 4. The catalyst K 3 to demonstrate the management of its resources is tested during the alkylation of isobutane with butenes containing a reformate additive. The remaining conditions are as in Table 2. The feed rate of 6.45 g / ml cat h, with 0.05 g / ml cat h accounted for by reform. An alkylate productivity of 0.98-0.99 g / ml cat h is obtained for 800 hours. The proportion of reformate in the obtained alkylate is 5% of the mass. and does not significantly affect the marketability of the product.

Пример 5. В целях подтверждения действенности катализаторов с заявленным диапазоном химического состава синтезируют образец, для которого величина коэффициента а в общей формуле равна 34,0. Для этого указанное в примере 3 количество тетраметокси- или тетраэтоксициркония (215,0 или 271,0 г соотвественно) растворяют в 5170,0 г тетраметокси- или в 7070,0 г тетраэтоксисилана. Количество этилата цинка и диметилсульфата оставляют прежним, а добавку платины удваивают. Полученный по образцу примера 3 катализатор К 4 испытывают в условиях, вынесенных в заголовок табл.2. При этом достигают следующих показателей: К=95-99%, В=195-204 масс.%, П=0,94 г\млкат ч, время непрерывной работы 500 часов. Из анализа аналогов нашего изобретения следует, что величина коэффициента b в общей формуле предлагаемого катализатора жестко задана оптимальным мольным отношением ЭО2: двухзарядный анион, которое равно 2 с размахом в 5% от названного значения.Example 5. In order to confirm the effectiveness of catalysts with the claimed range of chemical composition, a sample is synthesized for which the coefficient a in the general formula is 34.0. For this, the amount of tetramethoxy or tetraethoxy zirconium indicated in Example 3 (215.0 or 271.0 g, respectively) is dissolved in 5170.0 g of tetramethoxy or 7070.0 g of tetraethoxysilane. The amount of zinc ethylate and dimethyl sulfate is left unchanged, and the addition of platinum is doubled. Obtained from the sample of example 3, the catalyst K 4 is tested under the conditions listed in the heading of table 2. In this case, the following indicators are achieved: K = 95-99%, B = 195-204 wt.%, P = 0.94 g / ml cat h, continuous operation time 500 hours. From the analysis of analogues of our invention it follows that the value of the coefficient b in the general formula of the proposed catalyst is rigidly set by the optimal molar ratio EO 2 : doubly charged anion, which is 2 with a magnitude of 5% of the named value.

Контроль размеров частиц и пор полученных тремя различными способами катализаторов К 1-К 3 с помощью электронного микроскопа показывает, что размер первичных частиц этих катализаторов находится в диапазоне 3-80 (вместо заявленных 1-50 нм), 2-50 и 1-40 нм, а средний радиус пор составляет 30-100, 80-300 и 100-1000 нм для катализаторов К 1, К 2 и К 3 соответственно. Заметим, что в предлагаемой нами разработке катализатора для процесса получения бензина-алкилата ключевым моментом является использование предшественников катализаторов в форме истинных растворов. В таких растворах молекулы предшественников катализаторов существуют в виде частиц наноразмерной величины. Величина твердых гетерогенных частиц, получаемых из этих растворов катализаторов, также не выходит за пределы наноразмеров, что принципиально подчеркивается в настоящем тексте и в тексте описания.The control of particle sizes and pores of the K 1-K 3 catalysts obtained in three different ways using an electron microscope shows that the size of the primary particles of these catalysts is in the range of 3-80 (instead of the stated 1-50 nm), 2-50 and 1-40 nm and the average pore radius is 30-100, 80-300 and 100-1000 nm for the catalysts K 1, K 2 and K 3, respectively. Note that in our proposed catalyst development for the process of producing gasoline-alkylate, the key point is the use of catalyst precursors in the form of true solutions. In such solutions, the molecules of the catalyst precursors exist in the form of particles of nanoscale size. The size of solid heterogeneous particles obtained from these solutions of catalysts also does not go beyond nanoscale, which is fundamentally emphasized in this text and in the description text.

Примеры 6-18 выполнены по условиям примера 2 и с указанным в этом примере количеством диоксида кремния, равным 1,3488 моль любого из названных в примере 2 тетраалкоксисиланов. Другие компоненты, их количество указаны в примерах с очередным порядковым номером.Examples 6-18 are made according to the conditions of example 2 and with the amount of silicon dioxide indicated in this example equal to 1.3488 mol of any of the tetraalkoxysilanes mentioned in example 2. Other components, their number are indicated in the examples with the next serial number.

Пример 6. Катализатор К 6 приготовлен в условиях примера 2. Вместо нитрата цирконила использован нитрат гафнила в количестве 27,7 г двуводной соли. Содержание палладия, введенного в форме тетрахлоропалладата аммония, 0,2 масс.%.Example 6. Catalyst K 6 was prepared under the conditions of Example 2. Instead of zirconyl nitrate, hafnium nitrate was used in an amount of 27.7 g of a two-water salt. The content of palladium, introduced in the form of ammonium tetrachloropalladate, 0.2 wt.%.

Пример 7. Катализатор К 7 приготовлен в условиях примера 2 из 22,4 г двуводной соли нитрата цирконила - гафнила (80-20 ат % соответственно). Катализатор содержит 0,2 масс.% палладия.Example 7. Catalyst K 7 was prepared under the conditions of Example 2 from 22.4 g of a two-water salt of zirconyl nitrate - hafnyl (80-20 at%, respectively). The catalyst contains 0.2 wt.% Palladium.

Пример 8. Катализатор К 8 вместо сульфата цинка содержит сульфат цирконила, приготовленный растворением 10,5 г двуводного нитрата цирконила в 80 мл 0,5 М водного раствора серной кислоты.Example 8. Catalyst K 8 instead of zinc sulfate contains zirconyl sulfate prepared by dissolving 10.5 g of two-water zirconyl nitrate in 80 ml of a 0.5 M aqueous solution of sulfuric acid.

Пример 9. Катализатор К 9 вместо сульфата цинка приготовлен с использованием 10,4 г гексагидрата сульфата никеля.Example 9. The catalyst K 9 instead of zinc sulfate was prepared using 10.4 g of nickel sulfate hexahydrate.

Пример 10. Катализатор К 10 приготовлен с использованием в качестве источника цинка 11,7 г гексагидрата нитрата цинка. Нитрат растворен во фторидном растворе, полученном растворением 10,5 г дигидрата нитрата цирконила в 100 мл 2,6 М водного раствора фтороводорода.Example 10. Catalyst K 10 was prepared using 11.7 g of zinc nitrate hexahydrate as a zinc source. The nitrate is dissolved in a fluoride solution obtained by dissolving 10.5 g of zirconyl nitrate dihydrate in 100 ml of a 2.6 M aqueous hydrogen fluoride solution.

Пример 11. Таким же образом, как это описано в примере 9, во фторидном растворе растворяют 11,5 г гексагидрата нитрата никеля. Получают катализатор К 11.Example 11. In the same manner as described in example 9, 11.5 g of nickel nitrate hexahydrate was dissolved in a fluoride solution. Catalyst K 11 is obtained.

Катализаторы К 12-К 18 получены в условиях примера 2. Вместо сульфатов цинка или никеля использованы водные сульфаты скандия, иттрия и галлия.Catalysts K 12-K 18 were obtained under the conditions of Example 2. Instead of zinc or nickel sulfates, aqueous scandium, yttrium and gallium sulfates were used.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Все катализаторы охарактеризованы в табл.3,4 показателями, расшифровка которых дана в табл.1.All catalysts are characterized in table 3.4 indicators, the interpretation of which is given in table 1.

Claims (7)

1. Твердый гетерогенный катализатор для получения бензина-алкилата путем контактирования жидкой смеси изобутана и бутан-бутеновой фракции с этим катализатором, представляющий собой твердую пористую сверхкислоту на основе металлосиликатов циркония, гафния или их смесей, промотированных солями двух- или трехзарядных катионов металлов с двухзарядными анионами, имеющий общую формулу1. A solid heterogeneous catalyst for producing gasoline-alkylate by contacting a liquid mixture of isobutane and butane-butene fraction with this catalyst, which is a solid porous superacid based on zirconium, hafnium metal silicates or mixtures thereof, promoted with salts of doubly or triply charged metal cations with doubly charged anions having the general formula (ЭО2·а SiO2)·b(McXd),(EO 2 · a SiO 2 ) · b (M c X d ), где Э=Zr, Hf или их смеси,where E = Zr, Hf or mixtures thereof, а=17-34,a = 17-34, b=0,5 при с=1 и d=1,b = 0.5 with c = 1 and d = 1, М=Ni2+, Zn2+ и ZrO2+,M = Ni 2+ , Zn 2+ and ZrO 2+ , X=SO42-, ZrF62-;X = SO 4 2- , ZrF 6 2- ; b=0,1666 при с=2 и d=3,b = 0.1666 with c = 2 and d = 3, M=Sc3+, Y3+, Ga3+,M = Sc 3+ , Y 3+ , Ga 3+ , X=SO42-,X = SO 4 2- , причем коэффициенты а и b могут отклоняться относительно указанных значений в большую или в меньшую сторону на 20% для коэффициента а и на 5% для коэффициента b.moreover, the coefficients a and b can deviate relative to the indicated values up or down by 20% for coefficient a and by 5% for coefficient b. 2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что его получают в одну стадию, причем активные компоненты взаимодействуют друг с другом на уровне частиц, имеющих наноразмеры.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that it is obtained in one stage, and the active components interact with each other at the level of particles having nanoscale sizes. 3. Катализатор по п.1, отличающийся тем, он дополнительно содержит не более 0,5 мас.% металлов платиновой группы, таких как платина, палладий или их смеси.3. The catalyst according to claim 1, characterized in that it further comprises not more than 0.5 wt.% Platinum group metals, such as platinum, palladium or mixtures thereof. 4. Способ получения высокооктанового компонента автомобильного топлива бензина-алкилата путем алкилирования изобутана промышленной бутан-бутеновой фракцией в присутствии катализатора по одному из пп.1-3 при температуре от 348 до 375 К, давлении от 1,7 до 2,5 МПа, мольном отношении изобутан/бутены от 10 до 15, с объемной скоростью подачи сырья от 6,4 до 8,5 г/мл кат·ч, и последующей возможной регенерацией указанного катализатора.4. A method of producing a high-octane component of gasoline-alkylate automobile fuel by alkylating isobutane with an industrial butane-butene fraction in the presence of a catalyst according to one of claims 1 to 3 at a temperature of 348 to 375 K, a pressure of 1.7 to 2.5 MPa, molar the ratio of isobutane / butenes from 10 to 15, with a volumetric feed rate of 6.4 to 8.5 g / ml cat · h, and subsequent possible regeneration of the specified catalyst. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в бутан-бутеновую фракцию дополнительно вводят 0,6-1,0 мас.% ароматических углеводородов в виде промышленного реформата или катализата из процесса ароматизации фракции БТК (смесь бензол-толуол-ксилолы).5. The method according to claim 4, characterized in that 0.6-1.0 wt.% Of aromatic hydrocarbons are additionally introduced into the butane-butene fraction in the form of industrial reformate or catalysis from the aromatization process of the BTX fraction (benzene-toluene-xylene mixture) . 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что регенерацию катализатора проводят, промывая его реформатом или катализатом БТК, при объемной скорости подачи реформата или катализата 2-3 ч-1, температуре 403-423 К в течение 4-6 ч в атмосфере водорода.6. The method according to claim 4, characterized in that the regeneration of the catalyst is carried out by rinsing it with BTK reformate or catalysis, at a volumetric feed rate of reformate or catalysis of 2-3 h -1 , a temperature of 403-423 K for 4-6 hours in the atmosphere hydrogen. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что регенерацию катализатора проводят при давлении водорода 5 МПа.7. The method according to claim 6, characterized in that the regeneration of the catalyst is carried out at a hydrogen pressure of 5 MPa.
RU2005103250/04A 2005-02-09 2005-02-09 Catalyst and gasoline-alkylate production process RU2313391C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103250/04A RU2313391C2 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Catalyst and gasoline-alkylate production process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103250/04A RU2313391C2 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Catalyst and gasoline-alkylate production process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005103250A RU2005103250A (en) 2006-07-20
RU2313391C2 true RU2313391C2 (en) 2007-12-27

Family

ID=37028347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005103250/04A RU2313391C2 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Catalyst and gasoline-alkylate production process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2313391C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2595895C2 (en) * 2011-06-01 2016-08-27 Аэроджет Рокетдайн, Инк. Catalyst, gas generator and a pusher with improved thermal ability and corrosion resistance
RU2762589C2 (en) * 2017-03-01 2021-12-21 Альбемарл Юроп Срл Alkylation method with improved octane number

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.Hess and E.Kemnitz "Surface acidity and catalytic behavior of modified zirconium and titanium dioxides", Applied Catalysis A: General, Volume 149, Issue 2, 6 February 1997, Pages 373-389. Xin Xiao, John W.Tierney and Irving Wender "Alkylation of isobutane with 2-butene over anion-modified zirconium oxide catalysts", Applied Catalysis A: General, Volume 183, Issue 1, 5 July 1999, Pages 209-219. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2595895C2 (en) * 2011-06-01 2016-08-27 Аэроджет Рокетдайн, Инк. Catalyst, gas generator and a pusher with improved thermal ability and corrosion resistance
RU2762589C2 (en) * 2017-03-01 2021-12-21 Альбемарл Юроп Срл Alkylation method with improved octane number
US11225614B2 (en) 2017-03-01 2022-01-18 Emanuel Hermanus Van Broekhoven Alkylation process with improved octane number

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005103250A (en) 2006-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101117860B1 (en) Selective zeolite catatlyst modification
US9732012B2 (en) Method for producing olefin
CN101332432B (en) Load-type solid acid catalyst with selective oligomerisation for mixed C4
CN105289710B (en) A kind of CO2Catalyst of Hydrogenation isoparaffin and its preparation method and application
CN101239878B (en) Method for increasing yield of ethylene and propylene from olefin with four carbon or above
RU2654205C1 (en) Substrate for a method for selectively synthesizing a high-quality kerosene fraction from synthesis gas, catalyst for this method and method of their manufacturing
CN102372291A (en) Preparation method of SAPO-18 / SAPO-34 intergrowth molecular sieve
CN103418421A (en) Catalyst used for synthesis of paraxylene through alkylation reactions between coking benzene and methanol and preparation method thereof
KR20210126414A (en) Alkali Metal and/or Alkaline Earth Metal-doped Transition Metal-Hydrogen Active Metal Composite Oxide Catalyst and Process for Preparing Butadiene Using the Same
CN101723792B (en) Method for preparing dimethylbenzene
JP7023382B2 (en) A catalyst for producing a light olefin, a method for producing the same, and a method for producing a light olefin using the catalyst.
CN103495435B (en) A kind of catalyst for removing olefins from reforming oil and preparation method thereof
RU2313391C2 (en) Catalyst and gasoline-alkylate production process
RU2384366C2 (en) Heterogeneous catalyst and method of producing alkylation gasoline
CN102069007A (en) Catalyst for use in preparation of propylene by olefin cracking
JPH07238040A (en) Solid super acid alkylation catalyst composition and alkylation by using same
CN106669652A (en) Catalysts for preparing light olefin through catalysis of ethanol as well as preparation technology and application method of catalysts
CN1868593A (en) Method for preparing FeZrZSM-5 molecular and application
CN106365941B (en) Conversion process of low-carbon hydrocarbon
KR20170052461A (en) Transition Metal-Noble Metal Complex Oxide Catalysts Prepared by One-Pot for Dehydrogenation and Use Thereof
CN1142017C (en) Prepn process of solid super acidic catalyst
EP1052280A1 (en) Method for isomerization of hydrocarbon, and solid acid catalyst and isomerization system for use therein
CN113070094A (en) Catalyst for carbon dioxide hydrogenation and toluene aromatic ring alkylation and preparation method and application thereof
CN1676213A (en) Catalyst for producing propylene by C4-C7 olefin pyrolysis
CN113751065B (en) Catalyst composition and application thereof in direct preparation of low-carbon olefin from synthesis gas

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090210

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20111110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130210