DE1000017B - Process for the catalytic isomerization of solid, paraffin-containing hydrocarbons - Google Patents
Process for the catalytic isomerization of solid, paraffin-containing hydrocarbonsInfo
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Description
Verfahren zum katalytischen Isomerisieren von festen, Paraffin enthaltenden Kohlenwasserstoffeh Die Erfindung bezieht sich auf die Isomeri.sierung von Paraffin enthaltenden Kohlenwasserstoffeh, insbesondere auf ein Verfahren, bei welchem die Isomerisation in einer verbesserten Weise in flüssiger Phase durchgeführt werden kann.Process for the catalytic isomerization of solid, paraffin-containing Hydrocarbons The invention relates to the isomerization of paraffin containing hydrocarbons, in particular a process in which the Isomerization can be carried out in an improved manner in the liquid phase can.
Der verwendete Ausdruck »Paraffin enthaltende Kohlenwasserstoffe«, soll bei normaler Temperatur feste, Paraffin enthaltende Produkte umfassen, die gewöhnlich aus hochsiedenden Kohlenwasserstoffgemischen erhalten werden, welche natürlicher oder synthetischer Herkunft sein können. Diese paraffinhaltigen Produkte enthalten in den meisten Fällen auch noch normalerweise flüssige Kohlenwasserstoffe.The term used "paraffin-containing hydrocarbons", is intended to include solid, paraffin-containing products at normal temperature, which usually obtained from high-boiling hydrocarbon mixtures, which can be of natural or synthetic origin. These paraffinic products in most cases also normally contain liquid hydrocarbons.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können nicht nur Paraffin enthaltende Kohlenwasserstoffe, wie Paraffin, die aus paraffinhaltigen Mineralölen gewonnen wurden, als Ausgangsstoffe verwendet werden, sondern es können natürliche oder synthetische Kohlenwasserstofffraktionen ebenfalls verwendet werden, die einen Gehalt von 5o Gewichtsprozent oder mehr Paraffin enthalten. Dieser Gehalt wird aus dem Ölgehalt des Kohlenwasserstoffmaterials nach dem AST\I-Verfahren D 721-5r T bestimmt.In the method according to the invention, not only paraffin-containing Hydrocarbons, such as paraffin, obtained from mineral oils containing paraffin were to be used as starting materials, but it can be natural or synthetic Hydrocarbon fractions are also used, which have a content of 5o Contain weight percent or more paraffin. This content is derived from the oil content of the hydrocarbon material is determined by AST \ I method D 721-5r T.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Paraffin einer isomerisierenden Behandlung zu unterwerfen, um darin vorhandene normale oder verzweigte Alkane in verzweigte oder stärker verzweigte Alkane umzuwandeln. Nach der USA.-Patentschrift a ¢75 358 erfolgt diese Isomerisierung durch Behandlung des Ausgangsmaterials in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur, z. B. bei 8o bis ioo°, in Gegenwart eines Katalysators, der aus einem Kohlenwasserstoff-Metallhalogenid-Komplex, z. B. einem Toluol-Aluminiumchlorid-Komplel, besteht. Um eine starke Zersetzung des Ausgangsmaterials zu vermeiden, die zur Bildung von Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht führt, soll auch eine große Menge eines Spalthemmstoffes, z. B. Decahydronaphthalin, vorhanden sein. Unter den angewandten Reakt.ionsbedingungen erfolgt die Isomerisierung nur langsam.It has already been proposed to subject paraffin to an isomerizing treatment in order to convert normal or branched alkanes present therein into branched or more highly branched alkanes. After USA. Patent 75,358 a ¢ this isomerization is carried out by treating the starting material in the liquid phase at an elevated temperature, eg. B. at 8o to 100 °, in the presence of a catalyst consisting of a hydrocarbon-metal halide complex, for. B. a toluene-aluminum chloride complex. In order to avoid excessive decomposition of the starting material, which leads to the formation of products with lower molecular weight, a large amount of a cleavage inhibitor, e.g. B. decahydronaphthalene may be present. Under the reaction conditions used, isomerization takes place only slowly.
Gemäß dem Patent 931 826 der Anmelderin verläuft die Isomerisierung von normalerweise festem Paraffin erfolgreich durch Behandlung des Ausgangsmaterials in Dampfform zusammen mit Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur zwischen 300 und 55o0 und unter vermindertem, atmosphärischem oder erhöhtem Druck in Berührung mit einem Katalysator, der nicht mehr als i Gewichtsprozent Platin auf einem Trägerstoff enthält. Bei diesem Verfahren, welches in der Dampfphase durchgeführt wird, verläuft die gewünschte Isomerisierung schnell und selektiv und sichert somit einen hohen Umsatz, selbst wenn die Berührungszeit mit dem Katalysator kurz ist. Jedoch besteht ein Nachteil dieses Verfahrens darin, daß große Mengen Wasserstoff, z. B. 50 Mol oder mehr je Mol Paraffin, erforderlich sind, um das Ausgangsmaterial in den Dampfzustand zu überführen und die Aktivität des Katalysators aufrechtzuerhalten. Ferner ist dieses Verfahren wenig geeignet zur Behandlung von sehr hochsiedenden Ausgangsstoffen, die nur mit Schwierigkeit in die Dampfphase übergeführt werden können, ohne daß Spaltreaktionen eintreten.According to the patent 931 826 of the Applicant, the isomerization of normally solid paraffin is successful by treatment of the starting material in the form of vapor together with hydrogen at an elevated temperature between 300 and 55o0 and under reduced, atmospheric or elevated pressure in contact with a catalyst that not more than i Contains weight percent platinum on a carrier. In this process, which is carried out in the vapor phase, the desired isomerization proceeds quickly and selectively and thus ensures a high conversion, even if the contact time with the catalyst is short. However, a disadvantage of this method is that large amounts of hydrogen, e.g. B. 50 moles or more per mole of paraffin, are required to convert the starting material into the vapor state and to maintain the activity of the catalyst. Furthermore, this process is not very suitable for the treatment of very high-boiling starting materials which can only be converted into the vapor phase with difficulty without cleavage reactions occurring.
Wenn die Behandlung in der flüssigen Phase durchgeführt wird, indem man einen flüssigen Strom des Ausgangsmaterials, z. B. von unten nach oben, durch die Katalysatorschic'ht leitet, werden im allgemeinen beträchtlich weniger günstige Ergebnisse erzielt, insbesondere hinsichtlich der Ausbeute an isomerisiertem Produkt, unter sonst gleichen Temperatur- und Druckbedingungen, wie sie früher in dem Dampfphasenverfahren herrschten, während demgegenüber die Aktivität des Katalysators stark vermindert wird. Dies trifft auch zu, wenn das Verfahren in Gegenwart von geeigneten Mengen Wasserstoff durchgeführt wird, um den Katalysator gegen Vergiftung zu schützen.If the treatment is carried out in the liquid phase by a liquid stream of the starting material, e.g. B. from bottom to top, through the catalyst layer conducts are generally considerably less favorable Achieved results, especially with regard to the yield of isomerized product, otherwise under the same temperature and pressure conditions as they were earlier in the vapor phase process prevailed, while, in contrast, the activity of the catalyst was greatly reduced will. This is also true when the process is in the presence of appropriate amounts Hydrogen is carried to protect the catalyst against poisoning.
Es wurde nun gefunden, daß die katalytische Isomerisierung von festen Köhlenwasserstoffgemischen, die mindestens 5o Gewichtsprozent Paraffin enthalten, mit besonderem Vorteil ausgeführt werden kann, wenn man das Ausgangsmaterial in der flüssigen Phase bei einer erhöhten Temperatur und in Gegenwart von Wasserstoff -behandelt unter Verwendung der sogenannten Rieseltechnik, gemäß der man das zu behandelnde Material in flüssiger Form in dünner Schicht über den im festen Bett angeordneten Katalysator rieseln läßt.It has now been found that the catalytic isomerization of solid Hydrogen mixtures containing at least 5o percent by weight of paraffin, can be carried out with particular advantage if the starting material is in the liquid phase at an elevated temperature and in the presence from Hydrogen-treated using the so-called trickle technique, according to the the material to be treated is in liquid form in a thin layer over the im fixed bed arranged catalyst can trickle.
Als Katalvsatoren können alle bei der Reaktionstemperatur festen Katalysatoren verwandt werden, welche die angestrebte Isomerisierung begünstigen, ohne gleichzeitig eine stärkere Zersetzung des Ausgangsmaterials zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht zu bewirken. Neben Platin auf einem Träger saurer Natur, wie Tonerde, können auch andere Katalysatoren, die dehydrierende Eigenschaften und einen sauren Charakt,r haben, für diesen Zweck verwandt werden. Besonders geeignet sind Metalle der linken Spalte der V I. Gruppe sowie der VIII. Gruppe des Periodischen Systems oder deren Verbindungen, insbesondere Oxyde und Sulfide der Metalle, die auf sauren Trägern, z. B. natürlicher oder künstlicher Tonerde, Kieselsäure-Magnesiumoxyd oder Tonerde-Kieselsäure-Gele, Bauxit u. dgl., angebracht sind. Falls gewünscht, kann die saure Natur des Katalysators auch durch Einführung von Halogen:, vorzugsweise Fluor, z. B. durch Anwendung einer Fluorwasserstoffbehandlung hervorgerufen oder verstärkt werden..All catalysts which are solid at the reaction temperature can be used as catalysts be used, which favor the desired isomerization, without at the same time a greater decomposition of the starting material to products of lower molecular weight to effect. In addition to platinum on a carrier of an acidic nature, such as alumina, you can also other catalysts that have dehydrogenating properties and an acidic character, r have to be used for this purpose. Metals on the left are particularly suitable Column of the VI group as well as the VIII. Group of the periodic table or their Compounds, especially oxides and sulphides of metals that are on acidic carriers, z. B. natural or artificial clay, silica-magnesium oxide or alumina-silica gels, Bauxite and the like., Are attached. If desired, the acidic nature of the catalyst can be used also by introducing halogen:, preferably fluorine, e.g. B. by applying a Hydrogen fluoride treatment caused or intensified ..
Als Beispiele solcher Katalysatoren seien erwähnt: Platin auf Tonerde-Kieselsäure und Fluor (falls gewünscht), Platin-Molybdänoxyd und Fluor auf Tonerde, N ickelsulfid-Wolframsulfid und Fluor auf Tonerde und Molybdänoxy d auf Baroxyd-Tonerde.Examples of such catalysts are: platinum on alumina-silica and fluorine (if desired), platinum-molybdenum oxide and fluorine on alumina, nickel sulfide-tungsten sulfide and fluorine on alumina and molybdenum oxide on baroxide-alumina.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Wasserstoff zweckmäßig im Kreislauf geleitet und kann in Form eines wasserstoffhaltigen Gases zugeführt werden. Obgleich der Wasserstoff im Gegenstrom zu dem zu i.somerisierenden Material geführt -werden kann, ist es vorzuziehen, den Wasserstoff zusammen mit dem in flüssigem Zustand eingeführten Ausgangsmaterial in parallelem Strom vom oberen Ende des Katalysatorbettes nach unten zu leiten. Die Zuführungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials soll so eingestellt sein, daß das Material in dünner Schicht über dem Katalysator fließt.In the process of the invention, the hydrogen becomes useful circulated and can be supplied in the form of a hydrogen-containing gas will. Although the hydrogen is in countercurrent to the material to be isomerized - it is preferable to use the hydrogen together with the liquid State of fed feedstock in parallel flow from the top of the catalyst bed head down. The feed rate of the starting material should be like this be adjusted so that the material flows in a thin layer over the catalyst.
Die anzuwendenden Temperaturen liegen im allgemeinen zwischen
300 und 55o°, vorzugsweise zwischen 350 und .I50°, während der Druck
von 5 bis Zoo at schwanken kann und vorzugsweise zwischen io und 4.o at beträgt.
Die günstigsten Bedingungen für die Isomerisierung schwanken etwas gemäß dem Ausgangsmaterial
und dem verwendeten Katalysator. Jedoch verläuft die Isomerisierung sehr erfolgreich,
wenn folgende Reaktionsbedingungen angewandt werden
Außerdem ist es ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung, daß die Aktivität des Katalysators selbst nach langem Gebrauch nicht oder nur sehr wenig beeinträchtigt wird. Da die Katalysatorteilchen alle von Wasserstoff umgeben sind, der leicht durchdiffundiert durch den dünnen Film des Ausgangsmaterials, der diese Teilchen einhüllt, kann der Wasserstoff die Kataly satoroberfläche schützen.In addition, it is a further advantage of the method according to the invention, that the activity of the catalyst is little or no even after long use little is affected. Because the catalyst particles are all surrounded by hydrogen which diffuses easily through the thin film of the starting material which enveloping these particles, the hydrogen can protect the catalyst surface.
Die Wasserstoffmenge, die beim Verfahren nach der Erfindung verwendet wird. kann beträchtlich kleiner sein als diejenige, die für die Isomerisierung der Dampfphase erforderlich ist. Wenn z. B. io Mol Wasserstoff je Mol Ausgangsmaterial vorhanden sind, können Ergebnisse erzielt werden, die so günstig sind wie diejenigen, die beim Dampfphasenverfahren einen Zusatz von 6o 1,fol Wasserstoff je Mol Ausgangsmaterial erfordern würden, wobei die Reaktionsbedingungen im übrigen die gleichen sind. Im Vergleich zur Arbeitsweise in der Dampfphase hat das Verfahren gemäß der Erfindung den weiteren Vorteil, daß es mit großem Erfolg auf paraffinhaltige Ausgangsstoffe angewandt werden kann, die einen so hohen Siedepunkt haben, daß sie nicht oder nur mit großer Schwierigkeit in die Dampfphase übergeführt werden können, ohne daß Spaltreaktionen eintreten, und welche daher nicht oder praktisch nicht für die Isomerisierung in der Dampfphase geeignet sind.The amount of hydrogen used in the process of the invention will. can be considerably smaller than that required for isomerization of the Vapor phase is required. If z. B. 10 moles of hydrogen per mole of starting material are present, results can be obtained that are as favorable as those in the vapor phase process an addition of 6o 1, fol hydrogen per mole of starting material would require, the reaction conditions otherwise being the same. in the The method according to the invention has a comparison to the mode of operation in the vapor phase the further advantage that it is very successful on paraffin-containing starting materials can be used which have such a high boiling point that they are not or only can be converted into the vapor phase with great difficulty without cleavage reactions occur, and which therefore not or practically not for the isomerization in the vapor phase are suitable.
Wenn Ausgangsstoffe verwendet werden, die harzbildende Bestandteile und bzw. oder Stickstoff- und bzw. oder Schwefelverbindungen enthalten, die einen ungünstigen Effekt auf die Lebensdauer des Katalysators ausüben können, kann es vorteilhaft sein, das Ausgangsmaterial einer Vorbehandlung zu unterwerfen, durch welche diese schädlichen Stoffe ganz oder zum größten Teil entfernt «-erden. Solch eine Vorbehandlung, deren Auswahl von der Natur der zu entfernenden Komponenten abhängt, kann z. B. in einer Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure oder ähnlichen chemischen Raffinationsmitteln, einer Extraktionsbehandlung mit niederen Alkanen, z. B. Propan, oder einer raffinierenden Hydrierung bestehen.If starting materials are used, the resin-forming ingredients and / or nitrogen and / or sulfur compounds that contain a can have an adverse effect on the life of the catalytic converter, it can be advantageous to subject the starting material to a pretreatment by which completely or for the most part removes these harmful substances. Such a pretreatment, the choice of which depends on the nature of the components to be removed depends, z. B. in a treatment with concentrated sulfuric acid or the like chemical refiners, an extraction treatment with lower alkanes, z. B. propane, or a refined hydrogenation.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können medrigschmelzende Produkte aus höherschmelzenden paraffinhaltigen Ausgangsstoffen erhalten werden, während fast das gleiche Molekulargewicht erhalten bleibt. Diese niedrigerschmelzenden Produkte können als Bestandteile hochwertiger Schmieröle und Dieselöle verwendet werden.In the method according to the invention, medium-melting products can be obtained from higher-melting paraffin-containing starting materials, while almost the same molecular weight is retained. These lower melting products can be used as components of high-quality lubricating oils and diesel oils.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch das folgende Beispiel.The invention is further illustrated by the following example.
Beispiel Ein festes Paraffin - Schmelzpunkt 54,3°, Siedepunkt über 30o° - mit einem Ölgehalt von .I,70/0 (bestimmt gemäß ASTM-Verfahren D 721-51 T) und einer mittleren Kohlenstoffzahl von 27 wurde bei einem Durchsatz von 2 kg je Liter Katalysator und Stunde zusammen mit io Mol Wasserstoff je Mol Paraffin bei 42o° und einem Druck von 35 at über einem gekörnten käuflichen sogenannten Platformingkatalysator von oben nach unten geleitet, so daß das geschmolzene Paraffin in einer dünnen Schicht über die Teilchen des fest angeordneten Katalysatorbettes floß. In diesem Fall war die Berührungszeit etwa o,$ 'Minuten.EXAMPLE A solid paraffin - melting point 54.3 °, boiling point above 30 ° - with an oil content of .I, 70/0 (determined according to ASTM method D 721-51 T) and an average carbon number of 27 was produced at a throughput of 2 kg per liter of catalyst and hour together with 10 moles of hydrogen per mole of paraffin at 42o ° and a pressure of 35 atm over a granular commercially available so-called platforming catalyst from top to bottom, so that the melted paraffin in a thin layer over the particles of the firmly arranged Catalyst bed flowed. In this case the touch time was about o, $ 'minutes.
Es wurde eine Destillation durchgeführt, um aus dem erhaltenen Produkt die unter 300° siedenden Kohlenwasserstoffe zu entfernen, die in kleiner Menge (6 Gewichtsprozent, bezogen auf Ausgangsparaffin) gebildet waren, worauf das Produkt bei -5° in einem flüssigen 'Medium aus 5 Gewichtsteilen llethvläthyllceton auf i Gewichtsteil Produkt entparaffiniert wurde. Das so in einer Ausbeute von 5o,5 Gewichtsprozent, bezogen auf Ausgangsparaffin, erhaltene Öl, hatte einen Stockpunkt von -i-- 8°, einen Viskositätsindex von 155, eine Viskosität bei 38° von 11.7 cSt und bei 99° von 3,2 cSt. Somit wurden 88,4% des Paraffins in Ö1 umgewandelt. Nach einem fortlaufenden Betrieb von 135 Stunden war die Aktivität des Katalysators überhaupt noch nicht beeinträchtigt.Distillation was carried out to remove the obtained product to remove the hydrocarbons boiling below 300 °, which in small quantities (6 Percentage by weight, based on starting paraffin) were formed, whereupon the product at -5 ° in a liquid medium of 5 parts by weight llethvläthyllceton on i Part by weight of product has been dewaxed. That in a yield of 5o, 5 percent by weight, based on starting paraffin, obtained oil, had a pour point of -i-- 8 °, a viscosity index of 155, a viscosity at 38 ° of 11.7 cSt and at 99 ° from 3.2 cSt. Thus 88.4% of the paraffin was converted into oil. After a continuous Operating for 135 hours, the activity of the catalyst was not at all impaired.
Zu Vergleichszwecken sei bemerkt, daß in einem Versuch, bei dem ein Strom des geschmolzenen Paraffins zusammen mit Wasserstoff unter Bedingungen, die im übrigen die gleichen waren, vom unteren zum oberen Ende der Schicht des Katalysators geleitet wurde, mehr als io Gewichtsprozent des Paraffins in unter 300' siedende Kohlenwasserstoffe umgewandelt wurden, während die Ausbeute an dem über 300° siedenden Produkt nach Entparaffinierung nicht mehr als 30,5 Gewichtsprozent, bezog-en auf Paraffin, betrug, obwohl in diesem Fall die Berührungszeit beträchtlich länger, nämlich etwa 6 Minuten, war. Nach einer Betriebsdauer von 132 Stunden war die Aktivität des Katalysators so weit vermindert, daß die Ölausbeute auf 25,9% gefallen war.For purposes of comparison, it should be noted that in an experiment in which a stream of the molten paraffin was passed from the bottom to the top of the layer of catalyst together with hydrogen under conditions which were otherwise the same, more than 10 percent by weight of the paraffin was passed into the bottom 300 ' boiling hydrocarbons were converted, while the yield of the product boiling above 300 ° after dewaxing was not more than 30.5 percent by weight, based on paraffin, although in this case the contact time was considerably longer, namely about 6 minutes . After an operating time of 132 hours, the activity of the catalyst was reduced to such an extent that the oil yield had fallen to 25.9%.
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