Verfahren zur Hydrierung von KohlenwasserstoffverbindungenProcess for the hydrogenation of hydrocarbon compounds
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Hydrierung von Kohlenwasserstoffverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Alkine, Diene, Alkenine und Polyene (Kohlenwasserstoffe I), indem man einen Gasstrom, enthaltend Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff I, durch eine Hydrierungszone enthaltend einen Hydrierungskatalysator führt, wobei der Anfang der Hydrierungszone an einem Ort mit geringerer geodätischer Höhe liegt als das Ende der Hydrierungszone.The invention relates to processes for the hydrogenation of hydrocarbon compounds, selected from the group consisting of alkynes, dienes, alkenins and polyenes (hydrocarbons I), by passing a gas stream comprising hydrogen and a hydrocarbon I through a hydrogenation zone containing a hydrogenation catalyst, the beginning of the hydrogenation zone is in a location with a lower geodetic height than the end of the hydrogenation zone.
In Raffinerien und petrochemischen Anlagen werden in großem Umfang Kohlenwasserstoffströme erzeugt, gelagert und verarbeitet. In diesen Kohlenwasserstoffströmen sind häufig hochungesättigte Verbindungen vorhanden, deren Anwesenheit insbesondere bei Verarbeitung und/oder Lagerung bekanntermaßen zu Problemen führt, oder die nicht das gewünschte Wert- produkt darstellen und die daher unerwünschte Komponenten der entsprechenden Kohlenwasserstoffströme sind. Diese hochungesättigten Verbindungen sind Alkine, Diene, Alkenine und/oder Polyene, die in aller Regel höher ungesättigte Homologe des im betreffenden Kohlenwasserstoffstrom enthaltenen Wertprodukts sind, das meist ein einfach ungesättigtes Olefin oder auch 1 ,3-Butadien ist. Als Homologe oder homologe Verbindungen werden in diesem Text solche Verbindungen bezeichnet, die sich nicht in der Zahl der Kohlenstoffatome sondern nur in dem Grad der Ungesättigtheit unterscheiden. Beispielsweise ist in C2-Strömen von Steamcra- ckern die Nebenkomponente Ethin (Trivialname "Acetylen") unerwünscht und Ethen (Trivialname Εthylen") ist das homologe Wertprodukt, in C3-Strömen sind die Nebenkomponenten Propin und Propadien (Trivialnamen "Methylacetylen" und "Allen", respektive) unerwünscht und Propen (Trivialname "Propylen") ist das homologe Wertprodukt, und in C4-Strömen sind die Nebenkomponenten 1-Butin, But-3-en-1-in (Trivialname "Vinylacetylen") und 1,2-Butadien unerwünscht, wenn 1 ,3-Butadien als homologes Wertprodukt gewonnen und weiter verarbeitet werden soll sowie die genannten Nebenkomponenten und 1,3-Butadien selbst in den Fällen, in denen 1 -Buten oder 2-Buten (in der eis- und/oder trans-Form) die gewünschten homologen Wertpro- dukte sind. Bei Kohlenwasserstoffströmen, die einem FCC-Cracker oder einem Reformer statt einem Steamcracker entstammen, treten analoge Probleme auf.In refineries and petrochemical plants, hydrocarbon flows are generated, stored and processed on a large scale. These hydrocarbon streams often contain highly unsaturated compounds, the presence of which is known to cause problems, particularly during processing and / or storage, or which are not the desired product of value and which are therefore undesirable components of the corresponding hydrocarbon streams. These highly unsaturated compounds are alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes, which are generally more highly unsaturated homologues of the product of value contained in the hydrocarbon stream in question, which is usually a monounsaturated olefin or 1,3-butadiene. In this text, homologs or homologous compounds are compounds which do not differ in the number of carbon atoms but only in the degree of unsaturation. For example, the secondary component ethyne (trivial name "acetylene") is undesirable in C 2 streams of steam crackers and ethene (common name ethylene ") is the homologous product of value, in C 3 streams the secondary components are propyne and propadiene (common name" methylacetylene "and "Allen", respectively) undesirable and propene (common name "propylene") is the homologous product of value, and in C 4 streams the secondary components are 1-butyne, but-3-en-1-in (common name "vinyl acetylene") and 1 , 2-butadiene undesirable if 1, 3-butadiene is to be obtained as a homologous product of value and further processed, as well as the mentioned secondary components and 1,3-butadiene even in cases where 1-butene or 2-butene (in the and / or trans form) are the desired homologous value products. Analogous problems arise with hydrocarbon streams which originate from an FCC cracker or a reformer instead of a steam cracker.
An Verfahren zur Abreicherung von Alkinen, Dienen, Alkeninen und/oder Polyenen in einem Olefin enthaltenden Kohlen Wasserstoff ström werden beträchtliche Anforderungen gestellt. So stört beispielsweise das im C2-Strom eines Steamcrackers enthaltene Acetylen die Polymerisation des Ethylens, so dass der Acetylengehalt im C2-Strom, der typischerweise 0,3 bis 1 ,5 Vol.-% beträgt, auf Werte unter 1 Vol.-ppm abgesenkt werden muss. Aus dem C3-Strom eines Steamcrackers müssen Propin und Propadien, die typischerweise in einer Menge von jeweils 2 bis 3 Vol.-% darin enthalten sind, üblicherweise bis auf einen Restgehalt von höchs-
tens 20 Vol.-ppm für Chemieanwendungen oder höchstens 5 Vol.-ppm für Polymeranwendungen entfernt werden. Für den C4-Kohlenwasserstoffstrom eines Steamcrackers stellt sich die Aufgabe mit Bezug auf C4-Alkine oder C4-Alkenine ähnlich dar wie für einen C3-Strom, wenn 1 ,3-Butadien aus dem Kohlenwasserstoff ström als Wertprodukt extrahiert werden soll, oder in einem Kohlenwasserstoff ström, der bereits von 1 ,3-Butadien befreit ist, auch mit Bezug auf dessen für die Weiterverarbeitung höchstzulässigen Restgehalt an 1,3-Butadien. Sofern jedoch 1- oder 2-Buten das gewünschte Wertprodukt sind, muss neben den Alkinen, Alkinenen und sonstigen Di- und Polyenen auch 1 ,3-Butadien, das typischerweise in einer Menge von 30 bis 50 Vol.-% im C4-Strom enthalten ist, bis auf einen Restgehalt von höchstens 10 Vol.-ppm abge- reichert werden.Considerable demands are placed on processes for the depletion of alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes in an olefin-containing carbon stream. For example, the acetylene contained in the C 2 stream of a steam cracker disrupts the polymerization of ethylene, so that the acetylene content in the C 2 stream, which is typically 0.3 to 1.5% by volume, is below 1% by volume. ppm must be reduced. From the C 3 stream of a steam cracker, propyne and propadiene, which are typically contained in an amount of 2 to 3% by volume, usually have to have a residual content of at most at least 20 ppm by volume for chemical applications or at most 5 ppm by volume for polymer applications. For the C 4 hydrocarbon stream of a steam cracker, the task with respect to C 4 alkynes or C 4 alkenines is similar to that for a C 3 stream when 1,3-butadiene is to be extracted from the hydrocarbon stream as a valuable product, or flow in a hydrocarbon that is already freed from 1,3-butadiene, also with reference to its maximum residual 1,3-butadiene content for further processing. However, if 1- or 2-butene is the desired product of value, besides the alkynes, alkynenes and other di- and polyenes, 1,3-butadiene, which is typically present in an amount of 30 to 50 vol.% In the C 4 stream is contained, down to a residual content of at most 10 vol. ppm.
Üblicherweise werden Alkine, Diene, Alkenine und/oder Polyene aus einem Olefin enthaltenden Kohlen Wasserstoff ström durch selektive katalytische Hydrierung entfernt. C2-Ströme werden dazu in aller Regel einer Gasphasenhydrierung unterworfen, C5- und höhere Kohlen Wasserstoff - ströme in aller Regel einer Flüssigphasenhydrierung, für C3- und C -Ströme sind sowohl Gasphasen- als auch Flüssigphasenverfahren bekannt. Als Katalysatoren verwendet man üblicherweise Kupferkatalysatoren oder edelmetallhaltige Trägerkatalysatoren, wobei heutzutage meist Palladium katalysatoren oder silberdotierte Palladium katalysatoren verwendet werden. Je nach dem Gehalt des zu behandelnden Kohlenwasserstoffstroms an den zu entfernenden Verbindun- gen und ihrer höchstzulässigen Konzentration wird die Hydrierung in nur einem oder - häufiger - in mehreren hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt. Einen Überblick über die Aufarbeitung von Kohlenwasserstoffströmen aus einem Steamcracker gibt beispielsweise A. Watson in The Oil and Gas Journal, 8. Nov. 1976, S. 179-182.Alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes are usually removed from an olefin-containing carbon stream by selective catalytic hydrogenation. For this purpose, C 2 streams are generally subjected to a gas phase hydrogenation, C 5 and higher carbon hydrogen streams are generally subjected to a liquid phase hydrogenation, both gas phase and liquid phase processes are known for C 3 and C streams. The catalysts used are usually copper catalysts or supported catalysts containing noble metals, with palladium catalysts or silver-doped palladium catalysts mostly being used today. Depending on the content of the compounds to be removed in the hydrocarbon stream to be treated and their maximum permissible concentration, the hydrogenation is carried out in only one or - more often - in several reactors connected in series. An overview of the processing of hydrocarbon streams from a steam cracker is given, for example, by A. Watson in The Oil and Gas Journal, Nov. 8, 1976, pp. 179-182.
Die Hydrierung soll möglichst selektiv in Bezug auf die im Gasstrom neben den hochungesättigten Verbindungen vorhandenen homologen Olefinen wie Ethylen, Propylen, 1 ,3-Butadien oder 1- oder 2-Buten, die das Wertprodukt darstellen, vonstatten gehen, um durch die Hydrierung der Olefine zu Alkanen kein Wertprodukt zu verlieren. Nach Möglichkeit soll durch die Hydrierung der Verunreinigungen möglichst das entsprechende homologe Olefin gebildet werden. Es lässt sich insbesondere bei Reaktionsbedingungen, die zu der gewünschten hohen Selektivität führen, in der Praxis jedoch kaum verhindern, dass parallel zur Hydrierung der Verunreinigungen dieses, sogenanntes Grünöl (eine Mischung verschiedener Oligomerer und Polymerer) bilden, welches sich am Katalysator, im Reaktor und in nachgeschalteten Anlagenteilen ablagert und so die Katalysatorstandzeit verkürzen. Dies führt wiederum zu zusätzlichen Wartungsintervallen, die mit Abstellzeiten verbunden sind (vgl. WO 98/40450, S. 6, Z. 33ff).
Aus der DE-A-10149631 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Grünölbildung durch eine Kombination verschiedener Maßnahmen, umfassend die Verwendung mehrerer Hyd erungszonen und eines definierten Wasserstoffgehalts, unterdrückt wird.The hydrogenation should be as selective as possible with regard to the homologous olefins present in the gas stream in addition to the highly unsaturated compounds, such as ethylene, propylene, 1, 3-butadiene or 1- or 2-butene, which are the product of value, in order to hydrogenate the olefins to lose no valuable product to alkanes. If possible, the corresponding homologous olefin should be formed by hydrogenation of the impurities. In practice, however, it is difficult to prevent, in particular under reaction conditions that lead to the desired high selectivity, that so-called green oil (a mixture of different oligomers and polymers), which forms on the catalyst, in the reactor and deposits in downstream parts of the system and thus shorten the catalyst life. This in turn leads to additional maintenance intervals, which are associated with parking times (cf. WO 98/40450, p. 6, lines 33ff). From DE-A-10149631 a method is known in which the green oil formation is suppressed by a combination of various measures, including the use of several hydrogenation zones and a defined hydrogen content.
Weitere geeignete Selektivhydrierverfahren und Katalysatoren und Reaktoren hierfür sind in der EP-A-827944 beschrieben.Other suitable selective hydrogenation processes and catalysts and reactors therefor are described in EP-A-827944.
Bezüglich der Gasphasenverfahren findet sich nirgends im druckschriftlichen Stand der Technik ein Hinweis, ob der Anfang der Hydrierungszone an einem Ort mit geringerer geodätischer Höhe liegt als das Ende der Hydrierungszone, oder an einem höheren Ort, d.h. ob die Reaktoren von "oben nach unten" (downflow-Verfahren) oder "unten nach oben" (upflow-Verfahren) durchströmt werden.Regarding the gas phase processes, there is nowhere in the printed prior art whether the beginning of the hydrogenation zone is at a location with a lower geodetic height than the end of the hydrogenation zone or at a higher location, i.e. whether the flow through the reactors is from “top to bottom” (downflow method) or “bottom to top” (upflow method).
Im Text wird der Kürze halber oft an Stelle von "einem Ort mit geringerer geodätischer Höhe" der Begriff "unten" und an Stelle von "einem Ort mit größerer geodätischer Höhe" der Begriff "oben" verwendetIn the text, for the sake of brevity, the term "below" is often used instead of "a place with a lower geodetic height" and "above" instead of "a place with a higher geodetic height"
Aus der Betriebspraxis ist jedoch nur bekannt, den Reaktor im downflow-Verfahren zu betreiben.From practice, however, it is only known to operate the reactor in the downflow process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Verfahren zur möglichst selektivenThe object of the present invention was therefore to provide a method for the most selective
Hydrierung der vorstehenden Verunreinigungen bereitzustellen, bei dem die Katalysatorstandzeit verlängert ist.To provide hydrogenation of the above impurities in which the catalyst life is extended.
Demgemäss wurde das eingangs beschriebene Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung dieses Verfahrens gefunden.Accordingly, the process described at the outset and an apparatus for carrying out this process were found.
Wir vermuten, dass der technische Effekt folgenden Hintergrund hat:We suspect that the technical effect has the following background:
Nach den vorbekannten Verfahren wird der zu hydrierende Gasstrom von oben nach unten durch die Reaktionszone geleitet. Das Grünöl wird dort gebildet, wo der Hauptumsatz stattfindet. Das ist bei einem frischen Katalysator sein oberer Teil. Das dort gebildete Grünöl wird durch die Schwerkraft nach unten über den gesamten Hydrierungskatalysator verteilt und deaktiviert somit nicht nur die Teile des Katalysators, an denen es hauptsächlich gebildet wird, sondern auch tiefer liegende Teile.According to the previously known processes, the gas stream to be hydrogenated is passed through the reaction zone from top to bottom. The green oil is formed where the main turnover takes place. This is the upper part of a fresh catalyst. The green oil formed there is distributed by gravity down over the entire hydrogenation catalyst and thus deactivates not only the parts of the catalyst where it is mainly formed, but also lower parts.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch die Grünölbildung nur die Teile des Katalysators vergiftet, an denen der Hauptumsatz stattfindet. Das ist, wie bereits oben erwähnt, bei einem frischen Katalysator, nur der untere Teil. Weiter zum Ende der Reaktionszone, d.h. weiter
oben liegende Katalysatorteile werden durch das am Anfang gebildete Grünöl nicht vergiftet, da das flüssige Grünöl gemäß der Schwerkraft nach unten (entgegen der Gasströmungsrichtung) abfließt. Da die am Anfang der Reaktionszone liegenden Teile des Katalysators schneller vergiften als die zum Ende hin liegenden „wandert" die Hauptreaktionszone mit der Zeit von unten nach oben. Die Standzeit des Reaktors ist hier erst erschöpft, wenn die Hauptreaktionszone am Ende des Katalysators angekommen ist.In the process according to the invention, the parts of the catalyst where the main conversion takes place are poisoned by the green oil formation. As already mentioned above, this is only the lower part of a fresh catalyst. Further to the end of the reaction zone, ie further catalyst parts on top are not poisoned by the green oil formed at the beginning, since the liquid green oil flows downwards (against the direction of gas flow) due to gravity. Since the parts of the catalyst at the beginning of the reaction zone poison faster than those at the end, the main reaction zone “migrates” from bottom to top over time. The service life of the reactor is only exhausted here when the main reaction zone has reached the end of the catalyst.
Bei den Kohlenwasserstoffen I, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, handelt es sich beispielsweise um C2^-Alkine, C-β-Alkinene, C4-8-Alkadiene oder Gemische aus diesen Verbindungen. Vorzugweise handelt es sich um mehrfach ungesättigte C2-6- Kohlenwasserstoffe, insbesondere C2^-Kohlenwasserstoffe.The hydrocarbons I used in the process according to the invention are, for example, C 2 -alkynes, C-β-alkynes, C 4-8 alkadienes or mixtures of these compounds. Preferably is polyunsaturated C 2 - 6 - hydrocarbons, in particular C 2 ^ hydrocarbons.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind diese mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffe enthalten in C2-, C3-, C4-, C5- oder C6-Strömen (nachfolgend als „Kohlenwasserstoff-Feed" bezeichnet), vorzugsweise in Strömen aus einem Steamcracker oder katalytischen Cracker. Diese Ströme enthalten in der Regel, wie vorstehend beschrieben, mehr oder weniger große Mengen der entsprechenden mehrfach ungesättigten C2- bis C6- Kohlenwasserstoffe.According to one embodiment of the invention, these polyunsaturated hydrocarbons are contained in C 2 , C 3 , C 4 , C 5 or C 6 streams (hereinafter referred to as “hydrocarbon feed”), preferably in streams from a steam cracker or As described above, these streams generally contain more or less large amounts of the corresponding polyunsaturated C 2 to C 6 hydrocarbons.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Kohlenwasserstoff-Feed, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird,The hydrocarbon feed which is treated by the process according to the invention is preferably
a) um einen Acetylen und sonstige C2-Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenden Gasstrom (C2-Strom),a) a gas stream (C2 stream) containing acetylene and other C2 hydrocarbon compounds,
b) um einen Propin und Propadien und sonstige C3-Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenden Gasstrom (C3-Strom), oderb) a gas stream (C3 stream) containing propyne and propadiene and other C3 hydrocarbon compounds, or
c) um einen C4-Kohlenwasserstoffverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Butin, But-3- en-1-in, 1 ,2-Butadien, 1 ,3-Butadien und sonstige C4-Kohlenwasserstoffverbindungen, enthaltenden Gasstrom (C4-Strom).c) a gas stream (C4 stream) containing a C4 hydrocarbon compound selected from the group consisting of butyne, but-3-en-1-yne, 1, 2-butadiene, 1, 3-butadiene and other C4 hydrocarbon compounds.
Im allgemeinen sind in dem Gasstrom neben Wasserstoff und den Kohlenwasserstoffen I im wesentlichen nur noch Olefine mit nur einer einzigen Doppelbindung, bevorzugt solche mit 2 bis 6 C-Atomen, enthalten.In general, in addition to hydrogen and the hydrocarbons I, the gas stream essentially only contains olefins with only a single double bond, preferably those having 2 to 6 carbon atoms.
Der Anteil an Wasserstoff im Feedstrom wird üblicherweise so gewählt, dass das Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe 1 1 :1 bis 10:1 beträgt.
Bei der Hydrierungszone handelt es sich im Allgemeinen um einen adiabatisch oder isotherm betriebenen Reaktor.The proportion of hydrogen in the feed stream is usually chosen so that the ratio of hydrogen to hydrocarbons is 1 1: 1 to 10: 1. The hydrogenation zone is generally an adiabatically or isothermally operated reactor.
Bei adiabatischem Betrieb werden üblicherweise Festbettreaktoren oder Reaktoren mit ortsfest angebrachten Katalysatoren eingesetzt. Das Verhältnis Länge zu Durchmesser der Katalysatorzone beträgt typischerweise 0,01 bis 50, bevorzugt 0,5 bis 5.In adiabatic operation, fixed bed reactors or reactors with fixedly mounted catalysts are usually used. The length to diameter ratio of the catalyst zone is typically 0.01 to 50, preferably 0.5 to 5.
Bei isothermen Betrieb können alle bekannten Reaktoren eingesetzt werden, die für Gasphasenreaktionen mit gekühlten stationären Katalysatorschüttungen geeignet sind. Geeignet sind z.B. Rohrbündelreaktoren, in denen sich der Katalysator innerhalb von Wärmeträger umspülten Rohren befindet und Reaktoren, in denen umgekehrt der Wärmeträger innerhalb der Rohre fließt und der Katalysator sich außerhalb der Rohre befindet. Beispielsweise sind solche Reaktoren aus DE-A 2848 014 und 3 007202 bekannt.All known reactors which are suitable for gas-phase reactions with cooled stationary catalyst beds can be used in isothermal operation. Suitable are e.g. Tube bundle reactors, in which the catalyst is located inside the tubes around which the heat transfer medium flows, and reactors in which, conversely, the heat transfer medium flows inside the tubes and the catalyst is located outside the tubes. For example, such reactors are known from DE-A 2848 014 and 3 007202.
Üblicherweise sind die Reaktoren, in denen sich die Hydrierungszone befindet, mit folgenden Vorrichtungen ausgestattet:The reactors in which the hydrogenation zone is located are usually equipped with the following devices:
einem Gaseinlass für den Kohlenwasserstoff-Feed und den Wasserstoff, einen Hydrierkatalysator, - ein Tragrost für den Hydrierkatalysator sowie einen Gasauslass für den umgesetzten Gasstrom.a gas inlet for the hydrocarbon feed and the hydrogen, a hydrogenation catalyst, a supporting grate for the hydrogenation catalyst and a gas outlet for the converted gas stream.
Dabei ist der Gasauslass über dem Katalysator und der Gaseinlass unter dem Katalysator angeordnet.The gas outlet is arranged above the catalytic converter and the gas inlet below the catalytic converter.
Gegebenenfalls weisen die Reaktoren noch einen Ablass für Grünöl auf. Meistens wird das Grünöl jedoch über den Gasauslass ausgeschleust.The reactors may also have an outlet for green oil. Most of the time, however, the green oil is discharged through the gas outlet.
Bevorzugt weisen die Reaktoren zusätzlich folgende Vorrichtungen auf:The reactors preferably additionally have the following devices:
vor (in Strömungsrichtung gesehen) dem Gaseinlass eine Mischvorrichtung für Wasserstoff und den Kohlenwasserstoff-Feed (z.B. ein statischer Mischer oder ein Rohr geeigneter Länge) einen Gasverteiler zur Verteilung des eingesetzten Gasstroms über den Reaktorquer- schnitt. Der Gasverteiler ist an den Gaseinlass angeschlossen und befindet sich unter dem Tragrost Inertkugeln ober- und unterhalb des Katalysatorbettes
ein Haltegitter oberhalb der Inertkugeln, die oberhalb des Katalysators vorgesehen sind. Das Haltegitter weist eine Maschenweite auf, die geeignet ist, ein Aufwirbeln von Katalysatorpartikeln zu verhindern. einen Grünöl-Abscheider im Gasauslass, da es sich nicht immer vermeiden lässt, dass ein geringer Anteil des Grünöls vom Gasstrom nach oben mitgerissen wird.in front of the gas inlet (as seen in the direction of flow) a mixing device for hydrogen and the hydrocarbon feed (eg a static mixer or a tube of suitable length) a gas distributor for distributing the gas flow used over the cross section of the reactor. The gas distributor is connected to the gas inlet and is located under the supporting grid of inert balls above and below the catalyst bed a holding grid above the inert balls, which are provided above the catalyst. The holding grid has a mesh size which is suitable for preventing catalyst particles from being whirled up. a green oil separator in the gas outlet, since it cannot always be avoided that a small proportion of the green oil is carried upwards by the gas flow.
Üblicherweise stehen die eingesetzten Reaktoren im wesentlichen senkrecht.The reactors used are usually essentially vertical.
Als Katalysatoren kommen alle üblichen Katalysatoren in Betracht, die in der Lage sind, die Koh- lenwasserstoffe I wie gewünscht zu den entsprechenden Olefinen mit nur noch einer einzigen Doppelbindung oder Alkanen umzusetzen.Suitable catalysts are all customary catalysts which are able, as desired, to convert the hydrocarbons I to the corresponding olefins with only a single double bond or alkanes.
Bekannte hochselektive Katalysatoren zur Hydrierung von Alkinen, Dienen, Alkeninen oder Po- lyenen in Olefin enthaltenden Kohlenwasserstoffströmen, die auch im erfindungsgemäßen Ver- fahren verwendet werden können, enthalten typischerweise ein Metall der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente (Nickel, Palladium, Platin) und wahlweise auch ein Metall der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente (Kupfer, Silber, Gold) auf einem Katalysatorträger. Oft werden Palladiumkatalysatoren oder silberdotierte Palladium katalysatoren auf einem stückigen (partikelförmigen) oxidischen Träger, häufig Aluminiumoxid, verwendet. Derartige Katalysatoren und ihre Herstellung sind wohlbekannt, siehe zum Beispiel die eingangs genannte EP-A-992 284 und die darin zitierten Schriften, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.Known highly selective catalysts for the hydrogenation of alkynes, dienes, alkenins or polyenes in hydrocarbon streams containing olefins, which can also be used in the process according to the invention, typically contain a metal from group 10 of the Periodic Table of the Elements (nickel, palladium, platinum) and optionally also a metal from group 11 of the periodic table of the elements (copper, silver, gold) on a catalyst support. Palladium catalysts or silver-doped palladium catalysts on a particulate (particulate) oxidic support, often aluminum oxide, are often used. Such catalysts and their preparation are well known, see for example EP-A-992 284 mentioned at the outset and the documents cited therein, to which express reference is hereby made.
Im Allgemeinen wird in mindestens einer Reaktionszone ein Katalysator verwendet, der ein Metall der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente auf einem Katalysatorträger enthält. Wahlweise enthält dieser Katalysator auch ein Element der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente. In bevorzugter Weise enthält der Katalysator als Metall der 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente Palladium und als Metall der 11. Gruppe des Periodensystems der Elemente Silber. In ebenso bevorzugter Weise ist der Katalysatorträger ein oxidischer Katalysatorträger, beispielsweise Aluminiumoxid.In general, a catalyst is used in at least one reaction zone which contains a metal from Group 10 of the Periodic Table of the Elements on a catalyst support. Optionally, this catalyst also contains an element from Group 11 of the Periodic Table of the Elements. The catalyst preferably contains palladium as metal of the 10th group of the periodic table of the elements and silver as metal of the 11th group of the periodic table of the elements. In a likewise preferred manner, the catalyst support is an oxidic catalyst support, for example aluminum oxide.
In besonders bevorzugter Weise setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren einen Katalysator ein, der ein Metall der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente (Nickel, Palladium, Platin) und wahlweise auch ein Metall der Gruppe 11 (Kupfer, Silber, Gold) des Periodensystems der Elemente auf einem strukturierten, aus Drahtgewebe, -gestrick, -gewirk, -filz oder Fo- lien oder Blechen, die wahlweise auch perforiert sind, aufgebauten Katalysatorträger oder Monolith enthält. Vorzugsweise enthält der Katalysator Palladium und wahlweise auch Silber. Derartige Katalysatoren und ihre Herstellung sind ebenfalls wohlbekannt, siehe zum Beispiel die ein-
gangs genannten US-A-5,866,734, EP-A-827,944 und EP-A-965,384 und die jeweils darin zitierten Schriften, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.In a particularly preferred manner, a catalyst is used in the process according to the invention which comprises a metal from group 10 of the periodic table of the elements (nickel, palladium, platinum) and optionally also a metal from group 11 (copper, silver, gold) from the periodic table of the elements a structured catalyst support or monolith composed of wire mesh, knitted fabric, knitted fabric, felt or foils or sheets, which are optionally also perforated. The catalyst preferably contains palladium and optionally also silver. Such catalysts and their preparation are also well known, see for example the single US-A-5,866,734, EP-A-827,944 and EP-A-965,384 and the publications cited therein, to which express reference is hereby made.
Bevorzugt ist bei den erfindungsgemäßen Verfahren eine vorstehend beschriebene Hydrie- rungszone mit anderen Hydrierungszonen in der Weise verschaltet, das ihr weitere Hydrierungszonen vor- oder nachgeschaltet sind. Das umfasst auch eine Ausführungsform, bei der sowohl eine oder mehrere Hydrierungszonen vor- als auch nachgeschaltet sind.In the processes according to the invention, a hydrogenation zone described above is preferably connected to other hydrogenation zones in such a way that further hydrogenation zones are connected upstream or downstream of it. This also includes an embodiment in which both one or more hydrogenation zones are connected upstream and downstream.
Die vor- bzw. nachgeschalteten Hydrierungszonen können entweder nach den erfindungsgemä- ßen Verfahren, d.h. nach dem upflow-Verfahren, betrieben werden oder nach dem Verfahren des Standes der Technik, d.h. nach dem downflow-Verfahren.The upstream or downstream hydrogenation zones can either be according to the process of the invention, i.e. operated according to the upflow process or according to the prior art process, i.e. according to the downflow process.
Die Art und Weise, in der die Verschaltung vorgenommen wird, ist allgemein bekannt. Eine besonders bevorzugte Variante ist in der DE-A-101 49631 beschrieben. Nach einer besonders bevorzugten Variante dieser Erfindung werden mehrere Reaktionszonen in der dort beschriebenen Weise betrieben und miteinander verschaltet, wobei allerdings im Unterschied zu den dort beschriebenen Verfahren mindestens eine Reaktionszone, bevorzugt alle, nach dem upflow- Verfahren betrieben werden.The way in which the interconnection is carried out is generally known. A particularly preferred variant is described in DE-A-101 49631. According to a particularly preferred variant of this invention, a plurality of reaction zones are operated and interconnected in the manner described there, although, in contrast to the methods described there, at least one reaction zone, preferably all, are operated by the upflow method.
Ein Teilstrom des Produkts einer Reaktionszone kann auch aus dem Produktgasstrom entnommen und vor dieser Reaktionszone dem zu hydrierenden Gasstrom wieder zugeführt werden (im Prinzip ist auch die Zuführung vor einer anderen Reaktionszone möglich). Diese sogenannte „Kreisgasfahrweise,, ist eine bei derartigen Hydrierungen häufig angewendete Maßnahme und dient insbesondere der Einstellung eines ausreichenden Umsatzes in einer bestimmten Reaktionszone, wobei das Kreisgas vor seiner Rückführung auch gekühlt werden kann, so dass der gewünschte Umsatz erreicht wird, ohne dass das Produkt durch die freiwerdende Reaktionswärme unerwünscht heiß wird. Typische Rücklaufverhältnisse (rückgeführter Teilstrom zu erstmals in die betreffende Reaktionszone eingeführter Teilstrom) liegen im Bereich von 0 bis 30.A partial stream of the product of a reaction zone can also be removed from the product gas stream and fed back to the gas stream to be hydrogenated in front of this reaction zone (in principle, it is also possible to feed it in front of another reaction zone). This so-called "cycle gas procedure" is a measure frequently used in such hydrogenations and is used in particular to set a sufficient conversion in a specific reaction zone, the cycle gas can also be cooled before being recycled, so that the desired conversion is achieved without the product becomes undesirably hot due to the heat of reaction released. Typical reflux conditions (recirculated partial stream to partial stream introduced for the first time in the reaction zone in question) are in the range from 0 to 30.
Die Reaktionsbedingungen werden wie üblich gewählt. Zur selektiven Hydrierung von Acetylen in C2-Strömen wird üblicherweise eine Raumgeschwindigkeit des gasförmigen C2-Stroms von 500 m3/m3*h, bezogen auf das Katalysatorvolumen, bis 10000 m3/m3*h bei einer Temperatur von 0°C bis 250°C und einem Druck von 0,01 bar bis 50 bar (jeweils Überdruck, barü, englisch: „gauge", barg) eingestellt und je Mol Acetylen im C2-Strom insgesamt (d.h., über alle Reaktionszonen) 1 bis 2 Mol Wasserstoff zugegeben. Zur selektiven Hydrierung von Propin und Propadien in C3-Strömen wird üblicherweise eine Raumgeschwindigkeit des gasförmigen C3-Stroms von 500 m3/m3*h, bezogen auf das Katalysatorvolumen, bis 10000 m3/m3*h bei einer Temperatur
von 0°C bis 250°C und einem Druck von 1 bar bis 50 bar eingestellt und je Mol Propin und Propadien im C3-Strom insgesamt 1 bis 3 Mol Wasserstoff zugegeben. Zur selektiven Hydrierung von Alkinen, Dienen, Alkeninen und/oder Polyenen in C4-Strömen wird üblicherweise eine Raumgeschwindigkeit des gasförmigen C4-Stroms von 200 m3/m3*h, bezogen auf das Katalysa- torvolumen, bis 10000 m3/m3*h bei einer Temperatur von 0°C bis 300°C und einem Druck von 1 bar bis 30 bar eingestellt und je Mol zu hydrierender Kohlenstoff-Kohlenstoff-Mehrfachbindung in den zu entfernenden Alkinen, Dienen, Alkeninen und/oder Polyenen 1 bis 10 Mol Wasserstoff zugegeben.The reaction conditions are chosen as usual. For the selective hydrogenation of acetylene in C 2 streams, the space velocity of the gaseous C 2 stream is usually from 500 m 3 / m 3 * h, based on the catalyst volume, to 10,000 m 3 / m 3 * h at a temperature of 0 ° C to 250 ° C and a pressure of 0.01 bar to 50 bar (each overpressure, barü, English: "gauge", barg) set and per mole of acetylene in the C 2 stream total (ie, across all reaction zones) 1 to For the selective hydrogenation of propyne and propadiene in C 3 streams, a space velocity of the gaseous C 3 stream of 500 m 3 / m 3 * h, based on the catalyst volume, up to 10000 m 3 / m 3 * is usually used. h at one temperature from 0 ° C to 250 ° C and a pressure of 1 bar to 50 bar and a total of 1 to 3 moles of hydrogen are added per mole of propyne and propadiene in the C 3 stream. For the selective hydrogenation of alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes in C 4 streams, a space velocity of the gaseous C 4 stream of 200 m 3 / m 3 * h, based on the catalyst volume, is usually up to 10,000 m 3 / m 3 * h at a temperature of 0 ° C to 300 ° C and a pressure of 1 bar to 30 bar and per mole of carbon-carbon multiple bond to be hydrogenated in the alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes 1 to to be removed 10 moles of hydrogen are added.
Beim Einsatz mehrerer Reaktionszonen kann der Wasserstoff vollständig vor der ersten Reaktionszone zugesetzt oder zwischen den einzelnen Reaktionszonen zugeführt werden, und zwar jeweils in Teilmengen, die so bemessen sind, dass in der darauffolgenden Reaktionszone zwar der in dieser Stufe gewünschte Umsatzgrad der zu hydrierenden Alkine, Diene, Alkenine und/oder Polyene erreicht wird, aber die unerwünschte Überhydrierung von Wertprodukten zu Alkanen ausbleibt oder zumindest nur in tolerierbar geringem Umfang anfällt.If several reaction zones are used, the hydrogen can be added completely before the first reaction zone or fed between the individual reaction zones, in each case in portions which are dimensioned in such a way that in the subsequent reaction zone the desired degree of conversion of the alkynes, dienes, to be hydrogenated in this stage , Alkenins and / or polyenes is achieved, but the undesired overhydrogenation of valuable products to alkanes does not occur or at least occurs only to a tolerably small extent.
Der erforderliche Gesamtumsatz an Alkinen, Dienen, Alkeninen und/oder Polyenen ist durch die tolerierbaren Restmengen an diesen Verbindungen im selektiv hydrierten Produktstrom, die wiederum durch dessen weitere Verwendung bestimmt werden und typischerweise im Bereich weniger Vol.-ppm liegen, vorgegeben. Ein Gesamtumsatz von exakt 100 % (d.h. ein Restgehalt an Alkinen, Dienen, Alkeninen und/oder Polyenen von exakt 0 Vol.-ppm) wird zumeist nicht eingestellt, da dabei ein unerwünscht hoher Verlust an Wertprodukt durch Hydrierung zum entsprechenden Alkan auftreten würde. Der Umsatz kann mit Hilfe der Zahl der Reaktionszonen oder dem gewählten Rücklaufverhältnis gesteuert werden.The required total conversion of alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes is predetermined by the tolerable residual amounts of these compounds in the selectively hydrogenated product stream, which in turn are determined by its further use and are typically in the range of a few ppm by volume. A total conversion of exactly 100% (i.e. a residual content of alkynes, dienes, alkenins and / or polyenes of exactly 0 vol.ppm) is usually not set, since this would result in an undesirably high loss of valuable product through hydrogenation to the corresponding alkane. The conversion can be controlled using the number of reaction zones or the chosen reflux ratio.
Die sonstige Auslegung der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, einschließlich der Festlegung der verwendeten Reaktionszonenanzahl, der Wärmeabführung, von etwaigen Rückführungen, und die Wahl der sonst im Betrieb angewendeten Temperaturen, Drücke, Raumgeschwindigkeiten und anderen verfahrenstechnischen Parameter erfolgt wie bei derartigen Hydrierverfahren allgemein üblich.
The other design of the plant for carrying out the process according to the invention, including the determination of the number of reaction zones used, the heat dissipation, any recirculation, and the selection of the temperatures, pressures, space velocities and other process parameters otherwise used in operation is carried out as is customary in such hydrogenation processes.