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DE3751934T2 - Process for reducing methane formation and increasing the yield of liquid products in a Fischer-Tropsch process - Google Patents

Process for reducing methane formation and increasing the yield of liquid products in a Fischer-Tropsch process

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Publication number
DE3751934T2
DE3751934T2 DE19873751934 DE3751934T DE3751934T2 DE 3751934 T2 DE3751934 T2 DE 3751934T2 DE 19873751934 DE19873751934 DE 19873751934 DE 3751934 T DE3751934 T DE 3751934T DE 3751934 T2 DE3751934 T2 DE 3751934T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ethylene
olefin
catalyst
reactor
fischer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE19873751934
Other languages
German (de)
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DE3751934D1 (en
Inventor
Enrique Iglesia
Rostam Jal Madon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
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Publication date
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Methanerzeugung und zur Erhöhung der Flüssigkeitsausbeuten in Fischer-Tropsch-Reaktionen.The present invention relates to a process for reducing methane production and increasing liquid yields in Fischer-Tropsch reactions.

US-A-4 547 525 beschreibt und beansprucht ein Verfahren zur Verminderung der Methanbildung in einem Fischer-Tropsch-Verfahren zum Synthetisieren von Kohlenwasserstoffen, bei dem bei einer erhöhten Temperatur von 100ºC bis 500ºC und einem Druck von etwa 100 bis 10 000 kPa eine Einsatzmaterialmischung aus R&sub2;/CO mit einem heterogenen Katalysator, der ein oder mehrere Gruppe VIII Metalle auf einem Träger aus anorganischem wärmebeständigen Oxid umfaßt, für eine ausreichende Zeit kontaktiert wird, um Kohlenwasserstoffe einschließlich Methan zu erzeugen, wobei der Einsatzmaterialmischung aus H&sub2;/CO ein oder mehrere Olefine in einer ausreichenden Menge zugesetzt werden, um die Methanbildung auf ein Niveau zu verringern, das unter dem liegt, wie es ohne Zugabe des Olefins zu dem Einsatzmaterial wäre. Vorzugsweise werden dem Einsatzrnaterial ein oder mehrere Olefine in einer Menge, bezogen auf ein Molverhältnis von Olefin zu CO, im Bereich von etwa 1:100 bis 5:1 zugegeben und vorzugsweise umfaßt das Olefin ein oder mehrere α-Olefine.US-A-4 547 525 describes and claims a method for reducing methane formation in a Fischer-Tropsch process for synthesizing hydrocarbons, which comprises contacting, at an elevated temperature of 100°C to 500°C and a pressure of about 100 to 10,000 kPa, a feed mixture of R₂/CO with a heterogeneous catalyst comprising one or more Group VIII metals supported on an inorganic heat-resistant oxide for a time sufficient to produce hydrocarbons including methane, wherein one or more olefins are added to the feed mixture of H₂/CO in an amount sufficient to reduce methane formation to a level below that which would occur without the addition of the olefin to the feed. Preferably, one or more olefins are added to the feedstock in an amount, based on a molar ratio of olefin to CO, in the range of about 1:100 to 5:1 and preferably the olefin comprises one or more α-olefins.

Unser europäisches Patent EP-B-0 321 616, von dem die vorliegende Patentanmeldung abgeteilt worden ist, beschreibt und beansprucht ein Verfahren zur Verringerung der Methanbildung und zum Erhöhen der Flüssigkeitsausbeute (C&sub5;&sbplus;) in einem Fischer- Tropsch-Verfahren zum Synthetisieren von Kohlenwasserstoffen aus CO und H&sub2;, bei dem mindestens ein Olefin zu einem katalysatorhaltigen Reaktorbett gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine CO und H&sub2; enthaltende Gasmischung am Zuführungsbereich des Reaktorbetts eingebracht wird und das Olefin separat an einer Stelle, die mehr als 10 % der Länge des Bettes von dem Zuführungsbereich des Bettes entfernt ist und mehr als 10 % der Länge des Bettes von dem Austrittsbereich des Bettes entfernt ist, direkt in das Bett eingebracht wird.Our European patent EP-B-0 321 616, from which the present patent application is divided, describes and claims a process for reducing methane formation and increasing liquid yield (C5+) in a Fischer-Tropsch process for synthesizing hydrocarbons from CO and H2, in which at least one olefin is added to a catalyst-containing reactor bed, characterized in that a gas mixture containing CO and H2 is introduced at the feed region of the reactor bed and the olefin is separately introduced directly into the bed at a location more than 10% of the length of the bed from the feed region of the bed and more than 10% of the length of the bed from the exit region of the bed.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Verringerung der Methanbildung und zur Erhöhung der Flüssigkeitsausbeuten (C&sub5;&sbplus;) in einem Fischer-Tropsch-Verfahren zum Synthetisie ren von Kohlenwasserstoffen durch Einbringen von CO und H&sub2; und mindestens einem Olefin in den Zuführungsbereich eines Katalysator enthaltenden Reaktorbetts, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf als ebenfalls eingebrachtes Einsatzmaterial (Coeinsatzmaterial) in dem Verfahren verwendet wird.The present invention provides a process for reducing methane formation and increasing liquid yields (C₅₋) in a Fischer-Tropsch process for synthesizing hydrocarbons by introducing CO and H₂ and at least one olefin into the feed region of a reactor bed containing catalyst, characterized in that steam is used as a co-feed material in the process.

Es ist erfindungsgemäß gefunden worden, daß Flüssigkeits ausbeuten (C&sub5;&sbplus;) und Methanerzeugung in Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthesereaktionen erhöht beziehungsweise vermindert werden, indem ein oder mehrere Olefine und Wasserdampf im Zuführungsbereich des Reaktorbetts zugesetzt werden. Das Olefin kann durch Abtrennung aus dem Produktstrom erhalten werden und in das Reaktorbett zurückgeführt werden oder aus einer unabhängigen Quelle stammen, wie aus der Verarbeitung des paraffinischen Produkts der Fischer-Tropsch-Reaktion durch einen Dehydrierreaktor, um die Paraffine in Olefine umzuwandeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Olefin oder können die Olefine ein oder mehrere C&sub2;- bis C&sub2;&sub0;-α-Olefine umfassen, wobei das Olefin-zu-CO- Molverhältnis in dem Reaktor im Bereich von 1:100 bis 5:1, z. B. 1:20 bis 5:1, insbesondere 1:10 bis 2:1 und am meisten bevorzugt etwa 1:5 bis 1:1 liegen kann. Das Molverhältnis von Wasser zu Olefin kann im Bereich von 0,1 bis 50, insbesondere 0,2 bis 10 und am meisten bevorzugt 0,5 bis 10 liegen. Der Katalysator kann mindestens ein Gruppe VIII Metall auf einem Träger aus anorganischem wärmebeständigen Oxid umfassen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Katalysator Ruthenium auf einem Titandioxidträger. Es kann auch ein Kobalt- oder Eisenkatalysator verwendet werden.It has been found according to the invention that liquids (C5+) yields and methane production in Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis reactions are increased or decreased, respectively, by adding one or more olefins and steam in the feed section of the reactor bed. The olefin may be obtained by separation from the product stream and recycled to the reactor bed or from an independent source, such as from processing the paraffinic product of the Fischer-Tropsch reaction through a dehydrogenation reactor to convert the paraffins to olefins. According to a preferred embodiment, the olefin or olefins may comprise one or more C2 to C20 α-olefins, the olefin to CO molar ratio in the reactor being in the range of 1:100 to 5:1, e.g. B. 1:20 to 5:1, especially 1:10 to 2:1 and most preferably about 1:5 to 1:1. The molar ratio of water to olefin may be in the range of 0.1 to 50, especially 0.2 to 10 and most preferably 0.5 to 10. The catalyst may comprise at least one Group VIII metal on an inorganic heat-resistant oxide support. According to a particularly preferred embodiment, the catalyst comprises ruthenium on a titania support. A cobalt or iron catalyst may also be used.

Das Molverhältnis von Wasser zu CO kann im Bereich von 0,1:1 bis 5,0:1 liegen.The molar ratio of water to CO can range from 0.1:1 to 5.0:1.

Bevorzugte Olefine, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren brauchbar sind, schließen α-Olefine des Typs R-CH=CH&sub2; ein, wobei R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 Kohlenstoffatomen ist. Insbesondere hat die Alkylgruppe 1 bis 11 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt hat die Alkylgruppe 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Insbesondere sind es C&sub2;- bis C&sub1;&sub0;-α-Olefine. Die Menge an in das Reaktorbett zurückgef ührtem α-Olefin ist ausreichend, um ein Molverhältnis von Olefin zu CO von 1/100 bis 5/1, insbesondere 1/20 bis 5/1 und am meisten bevorzugt 1/10 bis 2/1 aufrechtzuerhalten. Es können dem CO/H&sub2;-Einsatzmaterial auch nutzbringend innenständige Olefine zugesetzt werden, in denen sich die Ungesättigtheit von dem endständigen Kohlenstoffatom entfernt befindet.Preferred olefins useful in the process of the invention include α-olefins of the type R-CH=CH₂, where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms. More preferably, the alkyl group has 1 to 11 carbon atoms and most preferably, the alkyl group has 1 to 8 carbon atoms. More preferably, they are C₂ to C₁₀ α-olefins. The The amount of alpha-olefin recycled to the reactor bed is sufficient to maintain an olefin to CO molar ratio of 1/100 to 5/1, more preferably 1/20 to 5/1, and most preferably 1/10 to 2/1. Internal olefins in which the unsaturation is located away from the terminal carbon atom may also be usefully added to the CO/H2 feed.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines beliebigen geeigneten Fischer-Tropsch-Katalysators durchgeführt werden kann, wird es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der ein oder mehrere Gruppe-VIII-Metalle auf einem Träger aus anorganischem wärmebeständigen Oxid umfaßt, vorzugsweise Rutheniurn oder Kobalt auf einem solchen Träger. Somit schließen geeignete Träger Oxide von Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Silicium, Aluminium, Mangan und Mischungen daraus ein. Vorzugsweise ist der Katalysatorträger ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titandioxid, Zirconiumtitanat, Mischungen aus Titandioxid und Aluminiumoxid, Mischungen aus Titandioxid und Siliciumdioxid, Erdalkalititanaten, Alkalititanaten, Seltenerdtitanaten und Mischungen aus einem beliebigen der zuvor genannten mit Trägern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vanadiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Mischungen daraus. Somit wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Verfahren in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der Ruthenium auf einem Titandioxidträger umfaßt. Alternativ kann der Katalysator Kobalt oder Eisen auf einem der zuvor genannten anorganischen wärmebeständigen Oxide umfassen.Although the process of the invention can be carried out in the presence of any suitable Fischer-Tropsch catalyst, in a preferred embodiment it is carried out in the presence of a catalyst comprising one or more Group VIII metals on an inorganic heat-resistant oxide support, preferably ruthenium or cobalt on such a support. Thus, suitable supports include oxides of titanium, niobium, vanadium, tantalum, silicon, aluminum, manganese and mixtures thereof. Preferably, the catalyst support is selected from the group consisting of titania, zirconium titanate, mixtures of titania and alumina, mixtures of titania and silica, alkaline earth titanates, alkaline titanates, rare earth titanates and mixtures of any of the foregoing with supports selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, alumina, silica and mixtures thereof. Thus, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the process is carried out in the presence of a catalyst comprising ruthenium on a titania support. Alternatively, the catalyst may comprise cobalt or iron on any of the foregoing inorganic heat-resistant oxides.

Im allgemeinen beträgt die vorhandene Menge an katalytischem Kobaltmetall 1 bis 50 Gew.% der gesamten Katalysatorzusammensetzung, insbesondere 10,0 bis 25 Gew.%.In general, the amount of catalytic cobalt metal present is 1 to 50 wt.% of the total catalyst composition, in particular 10.0 to 25 wt.%.

Eisenkatalysatoren, die 10 bis 60 Gew.%, insbesondere 20 bis 60 Gew.% und am meisten bevorzugt 30 bis 50 Gew.% Eisen enthalten, sind trägerlos, haben aber Promoter aus wärmebeständigem Metalloxid (SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, etc.), Alkali (K, Na, Rb) und Gruppe IB Metall (Cu, Ag). Diese Katalysatoren werden üblicherweise calciniert, aber üblicherweise nicht reduziert, stattdessen werden sie direkt in dem CO/H&sub2;-Einsatzmaterial auf Reaktionstemperatur gebracht.Iron catalysts containing 10 to 60 wt.%, especially 20 to 60 wt.% and most preferably 30 to 50 wt.% iron are unsupported but have promoters of heat-resistant metal oxide (SiO₂, Al₂O₃, etc.), alkali (K, Na, Rb) and Group IB metal (Cu, Ag). These catalysts are usually calcined, but usually not reduced, instead they are brought to reaction temperature directly in the CO/H₂ feedstock.

Im allgemeinen liegt die Menge an auf dem Katalysator vorhandenem Ruthenium als katalytisches Metall im Bereich von 0,01 bis 50 Gew.% der gesamten Katalysatorzusammensetzung, insbesondere 0,1 bis 5,0 Gew.% und am meisten bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.%.Generally, the amount of ruthenium present on the catalyst as a catalytic metal is in the range of 0.01 to 50 wt.% of the total catalyst composition, more preferably 0.1 to 5.0 wt.%, and most preferably about 0.5 to about 5 wt.%.

Im allgemeinen liegt in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur in dem Fischer-Tropsch-Reaktor etwa im Bereich von 100ºC bis 500ºC, insbesondere 150ºC bis 300ºC und am meisten bevorzugt 200ºC bis 270ºC bei einem Druck von 100 bis 10 000 kPa, insbesondere 300 bis 5 000 kPa und am meisten bevorzugt 500 bis 3 000 kPa. Die Raumgeschwindigkeit (V,) des Einsatzmaterialgases (H&sub2;+CO) liegt im Bereich von 10 bis 10 000, insbesondere 100 bis 4 000 und am meisten bevorzugt 200 bis 2 000 Standardcm³/h (cm³ Katalysator). Die Raumgeschwindigkeit (V&sub2;) des α-Olefins liegt im Bereich von 0,1 bis etwa 20 000, insbesondere 3 bis 4 000 und am meisten bevorzugt 10 bis 1 000 Standardcm³/h.(cm³ Katalysator). Somit beträgt das Volumenverhältnis von V&sub1;/V&sub2; 0,005 bis 10 000, insbesondere 0,02 bis 1 000 und am meisten bevorzugt 0,5 bis 200. Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid im Einsatzmaterialgas, H&sub2;/CO, liegt im Bereich von 0,5 bis 10 und vorzugsweise 1 bis 3.Generally, in the process of the invention, the temperature in the Fischer-Tropsch reactor is in the range of about 100°C to 500°C, especially 150°C to 300°C and most preferably 200°C to 270°C at a pressure of 100 to 10,000 kPa, especially 300 to 5,000 kPa and most preferably 500 to 3,000 kPa. The space velocity (V,) of the feed gas (H₂+CO) is in the range of 10 to 10,000, especially 100 to 4,000 and most preferably 200 to 2,000 standard cm³/h (cm³ catalyst). The space velocity (V2) of the α-olefin is in the range of 0.1 to about 20,000, especially 3 to 4,000, and most preferably 10 to 1,000 standard cm3/hr.(cm3 catalyst). Thus, the volume ratio of V1/V2 is 0.005 to 10,000, especially 0.02 to 1,000, and most preferably 0.5 to 200. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the feed gas, H2/CO, is in the range of 0.5 to 10, and preferably 1 to 3.

Das Reaktorbett kann ein einziges Reaktorbett aus einem Katalysatorsystem umfassen oder es kann zwei Katalysatorbetten mit unterschiedlichen Fischer-Tropsch-Synthesekatalysatoren umfassen, die durch eine inerte, zwischen den Stufen liegende Abscheidezone getrennt sind.The reactor bed may comprise a single reactor bed of a catalyst system or it may comprise two catalyst beds containing different Fischer-Tropsch synthesis catalysts separated by an inert interstage separation zone.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die folgenden Beispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following description and the following examples.

Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese Experimentelles VerfahrenFischer-Tropsch hydrocarbon synthesis Experimental procedure

Eine Menge von etwa 5 bis 40 g Katalysator wurde in einen Reaktor aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,78 cm gegeben, wobei ein Temperaturfühler in dem Katalysatorbett angeordnet war, um die Temperatur zu messen. Der Reaktor wurde mit Hehum mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 cm³/Min gespült und dann mit He auf 30 atm unter Druck gesetzt, um die Unversehrtheit der Anlage sicherzustellen. Dann wurde das Re in dem Reaktor auf 1 atm abgelassen und durch H&sub2; mit einer Raumgeschwindigkeit zwischen 200 und 600 V/V/h bei Raumtemperatur ersetzt. Die Temperatur wurde in ungefähr 2 bis 3 Stunden auf eine endgültige Reduktionstemperatur zwischen 400ºC und 500ºC erhöht und über Nacht auf dieser Temperatur gehalten.An amount of about 5 to 40 g of catalyst was placed in a stainless steel reactor with an inner diameter of 0.78 cm with a temperature sensor placed in the catalyst bed to measure the temperature. The reactor was purged with helium at a flow rate of 500 cm3/min and then pressurized with He to 30 atm to ensure the integrity of the equipment. Then the Re in the reactor was vented to 1 atm and replaced with H2 at a space velocity between 200 and 600 V/V/h at room temperature. The temperature was raised to a final reduction temperature between 400ºC and 500ºC in approximately 2 to 3 hours and maintained at this temperature overnight.

Nach der Reduktion wurde jeder Katalysator auf eine von zwei Arten in Betrieb genommen, die sich als im wesentlichen äquivalent erwiesen. Gemäß einem Verfahren wurde der reduzierte Katalysator 15 bis 50 Stunden bei 1 atm mit 2 H&sub2;/CO bei 200ºC behandelt (die Raumgeschwindigkeit des verwendeten H&sub2;/CO wurde von 200 bis 1 000 cm³ H&sub2;+CO/h (cm³ Katalysator) variiert). Die Bedingungen in dem Reaktor wurden dann auf die gewünschte Temperatur, den gewünschten Druck und die gewünschte Raumgeschwindigkeit eingestellt. Gemäß dem anderen Verfahren erfolgte keine Behandlung in H&sub2;/CO-Atmosphäre und die Katalysatoren wurde mit dem gewünschten experimentellen Druck von H&sub2;/CO, aber mit einer anfangs niedrigen Temperatur von 150 bis 170ºC in Betrieb genommen, die dann nachfolgend (in 1 bis 5 h) auf die gewünschte Temperatur des Experiments erhöht wurde.After reduction, each catalyst was operated in one of two ways, which were found to be essentially equivalent. According to one method, the reduced catalyst was treated with 2 H₂/CO at 200°C for 15 to 50 hours at 1 atm (the space velocity of the H₂/CO used was varied from 200 to 1,000 cm3 H₂+CO/h (cm3 catalyst)). The conditions in the reactor were then adjusted to the desired temperature, pressure and space velocity. According to the other method, no treatment in H₂/CO atmosphere was carried out and the catalysts were started up at the desired experimental pressure of H₂/CO but at an initial low temperature of 150 to 170°C, which was then subsequently increased (in 1 to 5 h) to the desired temperature of the experiment.

BeispieleExamples

In allen Beispielen wurde die Bestimmung der Fischer- Tropsch-Syntheseaktivität zu den verschiedenen Produkten gemessen, indem ein on-line-Gaschromatograph eingesetzt wurde, wobei ein isothermer Festbettreaktor aus rostfreiem Stahl (0,78 cm Innendurchmesser) verwendet wurde, in den etwa 5 bis 40 g Katalysator gegeben wurden. Ein Temperaturfühler wurde in das Katalysatorbett getan, um die Reaktionstemperatur zu messen.In all examples, the determination of Fischer-Tropsch synthesis activity to the various products was measured using an on-line gas chromatograph using an isothermal stainless steel fixed bed reactor (0.78 cm internal diameter) into which about 5 to 40 g of catalyst was placed. A temperature probe was placed in the catalyst bed to measure the reaction temperature.

Herstellung des Ru-KatalysatorsPreparation of the Ru catalyst

Titandioxidträger wurden durch Pressen von Degussa P-25 Pulver (20 bis 70 % Rutil) zu Wafern unter Verwendung einer hydraulischen Presse mit einem Druck von etwa 20 000 lb/in² (137,9 mPa) hergestellt. Die Wafer wurden dann in einem Mörser zu einem groben Pulver zerstoßen und gesiebt, um für alle Katalysatoren mit TiO&sub2;-Träger die Fraktion von 80 bis 140 mesh (US- Standard) zu erhalten. Die so gebildeten Titandioxidträgerproben wurden im Luftstrom (etwa 1 Liter pro Minute) über Nacht bei einer Temperatur von 550ºC bis 600ºC calciniert. Die calcinierten Proben wurden dann in Wasserstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 L/Min reduziert, indem von Raumtemperatur vier Stunden auf 450ºC erhitzt wurde, danach wurde die Probe in strömendem H&sub2; abgekühlt, mit He gespült und entnommen. Diese reduzierten Proben besaßen die charakteristische blaugraue Farbe von an der Oberfläche reduziertem TiO&sub2;.Titanium dioxide supports were prepared by pressing Degussa P-25 powder (20 to 70% rutile) into wafers using a hydraulic press at a pressure of about 20,000 lb/in2 (137.9 mPa). The wafers were then crushed in a mortar to a coarse powder and sieved to obtain the 80 to 140 mesh (US standard) fraction for all TiO2 supported catalysts. The titanium dioxide support samples thus formed were calcined in air flow (about 1 liter per minute) overnight at a temperature of 550°C to 600°C. The calcined samples were then reduced in hydrogen at a flow rate of 1 L/min by heating from room temperature to 450°C for four hours, after which the sample was cooled in flowing H2, purged with He and removed. These reduced samples had the characteristic blue-gray color of surface reduced TiO2.

Katalysatoren wurden hergestellt, indem das Trägermaterial mit einer Rutheniumacetat/Aceton-Mischung imprägniert wurde. Das Nitrat wurde von Engelhardt als 10 Gew.% Rutheniummetall in Salpetersäure erhalten.Catalysts were prepared by impregnating the support material with a ruthenium acetate/acetone mixture. The nitrate was obtained from Engelhardt as 10 wt% ruthenium metal in nitric acid.

Das nitratimprägnierte TiO&sub2; wurde in strömendem Wasserstoff (1 L/Min) wie folgt reduziert: (a) erwärmt von Raumtemperatur auf 100ºC und dort 0,5 h gehalten; (b) erwärmt von 100ºC auf 450ºC mit 3ºC/Min und dort 4 h gehalten; (c) abgekühlt in H&sub2; auf Raumtemperatur über Nacht und (d) in der Reduktionszelle mit He oder Ar (1 L/Min) eine Stunde gespült. Jede Probe des reduzierten Katalysators wurde dann passiviert, indem 1 % O&sub2; in den He- Strom eingebracht wurde und dann der O&sub2;-Gehalt über einen Zeitraum von etwa 2 bis 3 h auf 100 % erhöht wurde.The nitrate-impregnated TiO2 was reduced in flowing hydrogen (1 L/min) as follows: (a) heated from room temperature to 100°C and held for 0.5 h; (b) heated from 100°C to 450°C at 3°C/min and held for 4 h; (c) cooled in H2 to room temperature overnight and (d) purged in the reduction cell with He or Ar (1 L/min) for 1 h. Each sample of reduced catalyst was then passivated by introducing 1% O2 into the He stream and then increasing the O2 content to 100% over a period of about 2 to 3 h.

Herstellung des KobaltkatalysatorsPreparation of the cobalt catalyst

Degussa P-25 TiO&sub2; wurde mit Aceton behandelt, bei 90ºC getrocknet und mit 9,6 Gew.% Sterotex (pflanzlichem Stearin) vermischt. Dieses Material wurde unter Verwendung eines Pillierdrucks, der ein Material mit einem Porenvolumen von 0,35 bis 0,40 ml/g ergab, auf 3/8 inch (9,525 mm) tablettiert. Die 3/8 inch (0,525 mm) Pillen wurden zerstoßen und auf 42 bis 80 mesh gesiebt und in strömender Luft bei 500ºC 4 h calciniert, um das Sterotex auszubrennen. Anteile wurden dann im Luftstrom bei 650ºC 16 h erneut calciniert, um einen hohen Rutilgehalt zu erhalten, und wurden auf 80 bis 150 mesh gesiebt. Der zur Herstellung dieses Katalysators verwendete Trägerverbundstoff war 97 % Rutil, 13,6 m²g, 0,173 ml/g.Degussa P-25 TiO₂ was treated with acetone, dried at 90°C and mixed with 9.6 wt.% Sterotex (vegetable stearin). This material was tabletted to 3/8 inch (9.525 mm) using a pelleting pressure that produced a material with a pore volume of 0.35 to 0.40 ml/g. The 3/8 inch (0.525 mm) pellets were crushed and screened to 42 to 80 mesh and calcined in flowing air at 500ºC for 4 hours to burn off the Sterotex. Portions were then recalcined in flowing air at 650ºC for 16 hours to obtain a high rutile content and were screened to 80 to 150 mesh. The support composite used to prepare this catalyst was 97% rutile, 13.6 m²g, 0.173 ml/g.

ImprägnierverfahrenImpregnation process

108,8 g Kobalt(II)nitrat (Co(NO&sub3;)&sub2; 6h&sub2;O und 16 ml wäßrige Perrheniumsäurelösung (52 mg Re/ml) wurden dann in etwa 300 ml Aceton in einem 1 L Rundkolben gelöst. 160 g TiO&sub2; (YAX-0487) wurden zugesetzt und die Mischung bis zur Trockne an einen Rotationsverdampfer gehängt. Der Katalysator wurde in einem Vakuumofen bei 140ºC 18 h getrocknet und im Luftstrom bei 250ºC 3 h calciniert. Der calcinierte Katalysator wurde erneut gesiebt, um die während der Herstellung erzeugte geringe Menge an Feinstaub zu entfernen. Herstellung des Kobaltkatalysators Analytische Untersuchungen des Katalysators sind nachfolgend angegeben: 108.8 g of cobalt(II) nitrate (Co(NO3)2 6h2O) and 16 mL of aqueous perrhenic acid solution (52 mg Re/mL) were then dissolved in about 300 mL of acetone in a 1 L round bottom flask. 160 g of TiO2 (YAX-0487) were added and the mixture was hung on a rotary evaporator until dry. The catalyst was dried in a vacuum oven at 140°C for 18 h and calcined in air flow at 250°C for 3 h. The calcined catalyst was sieved again to remove the small amount of particulate matter generated during preparation. Preparation of the cobalt catalyst Analytical investigations of the catalyst are given below:

Außer der Mengenangabe des Rutilgehalts zeigte das Röntgenbeugungsspektrum auch die Anwesenheit von Co&sub3;O&sub4;.In addition to the quantitative indication of the rutile content, the X-ray diffraction spectrum also showed the presence of Co₃O₄.

Vergleichsbeispiel 1Comparison example 1

Das für Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese beschriebene allgemeine Verfahren wurde in den Beispielen 1 und 2 wie folgt modifiziert.The general procedure described for Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis was modified in Examples 1 and 2 as follows.

Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Raumgeschwindigkeit, die zum Erreichen einer CO-Umwandlung von 25 bis 45 % erforderlich war, und mit 1 700 bis 2 500 kPa gestartet. Eine Ethylen/Argon-Mischung wurde mit H&sub2;/CO-Einsatzmaterial gemischt und dann dem Reaktor am Einlaß in einer Menge an Ethylen, um 2,5 % und 6,2 % Ethylen im Einsatzmaterial mit Co- beziehungsweise Ru-Katalysatoren zu ergeben, eingebracht. Der Gesamtdruck des Reaktors wurde dann auf das Niveau erhöht, das notwendig war, um den Partialdruck von H&sub2; und CO in dem Reaktor auf dem Niveau zu halten, auf dem sie sich vor der Ethylenzugabe befanden. Der Reaktor arbeitete bei diesen Bedingungen 4 bis 24 h. Das Ethylen/Argon-Einsatzmaterial wurde dann so geleitet, daß es unverdünnt durch H&sub2;+CO an einem Punkt von 1/3 x L (L ist die Reaktorlänge) stromabwärts von dem Einlaß in den Reaktor eintrat, während Raumgeschwindigkeit und Partialdruck von H&sub2; + CO auf ihren vorhergehenden Werten gelassen wurden. Der Reaktor arbeitete bei diesen Bedingungen 4 bis 24 Stunden. Die Ethylen/Argon- Zufuhr wurde beendet und die Reaktorbedingungen auf die Anfangsbedingungen zurückgestellt, um irreversible schädliche Effekte der Ethylenzugabe auf die Syntheseaktivität und -selektivität auszuschließen. The catalyst was started in H₂/CO at a space velocity required to achieve 25 to 45% CO conversion and at 1700 to 2500 kPa. An ethylene/argon mixture was mixed with H₂/CO feed and then introduced into the reactor at the inlet in an amount of ethylene to give 2.5% and 6.2% ethylene in the feed with Co and Ru catalysts, respectively. The total pressure of the reactor was then increased to the level necessary to maintain the partial pressure of H₂ and CO in the reactor at the level they were at prior to ethylene addition. The reactor operated at these conditions for 4 to 24 hours. The ethylene/argon feed was then directed to enter the reactor undiluted by H₂+CO at a point 1/3 x L (L is the reactor length) downstream from the inlet while the space velocity and partial pressure of H₂+CO were left at their previous values. The reactor was operated at these conditions for 4 to 24 hours. The ethylene/argon feed was stopped and the reactor conditions returned to the initial conditions to exclude irreversible deleterious effects of the ethylene addition on the synthesis activity and selectivity.

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % converted ethylene that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist definiert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und die Summe der Selektivitäten beträgt mehr als 100 %.*** Selectivity is defined as the percentage of converted CO that appears as the given product (is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is more than 100%.

11,7 % Co/0,5 Re/TiO&sub2;, 200ºC, 2050 kPa, H&sub2;+ CO11.7% Co/0.5 Re/TiO₂, 200ºC, 2050 kPa, H₂+ CO

H&sub2;/CO = 2,1/1H2/CO = 2.1/1

25 bis 27 % CO-Umwandlung25 to 27% CO conversion

Die Zugabe von Ethylen (C&sub2;&submin;) am Reaktoreinlaß vermindert die CH&sub4;-Selektivität und erhöht die C&sub5;&sbplus;-Selektivität. Das meiste des Ethylens (bei einer Konzentration von 2,5 %) wird umgewandelt, aber nur 13,5 % des umgewandelten Ethylens erscheinen als wünschenswerte C&sub3;&sbplus;-Produkte, der Rest (86,5 %) wird zu Ethan hydriert, das gegenüber weiterem Kettenwachstum zu C&sub3;&sbplus; bei Fischer- Tropsch-Synthesebedingungen unreaktiv ist und somit nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierreaktor in Ethylen umzuwandeln.The addition of ethylene (C2-) at the reactor inlet decreases the CH4 selectivity and increases the C5+ selectivity. Most of the ethylene (at a concentration of 2.5%) is converted, but only 13.5% of the converted ethylene appears as desirable C3+ products, the rest (86.5%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive to further chain growth to C3+ under Fischer-Tropsch synthesis conditions and thus cannot be recycled without converting it to ethylene in a dehydrogenation reactor.

Vergleichsbeispiel 2Comparison example 2 Effekt der Ethylenzufuhr-RutheniumkatalysatorenEffect of ethylene feed ruthenium catalysts

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % converted ethylene that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist defmiert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und die Summe der Selektivitäten beträgt mehr als 100 %.*** Selectivity is defined as the percentage of converted CO that appears as the given product (is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is more than 100%.

1,2 % Ru/TiO&sub2;, 200ºC, 1 700 kPa, H&sub2;/CO = 2,1/1, 35 bis 45 % CO-Umwandlung1.2% Ru/TiO₂, 200ºC, 1 700 kPa, H₂/CO = 2.1/1, 35 to 45% CO conversion

Die Zugabe von Ethylen zu H&sub2;/CO-Einsatzmaterial am Reaktoreinlaß (mit einem Niveau von 6,2 %) vermindert die CH&sub4;-Selektivität von 5,5 auf 4,3, während die C&sub5;&sbplus;-Selektivität von 87,5 auf 105,6 % erhöht wird. Das meiste des zugesetzten Ethylens (97 %) wird umgewandelt, wobei nur 18 % als die erwünschten C&sub3;&sbplus;-Produkte erscheinen, der Rest (82 %) wird zu Ethan hydriert, das gegenüber weiterem Kettenwachstum zu C&sub3;&sbplus; bei Fischer-Tropsch-Synthesebedingungen unreaktiv ist und somit nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierreaktor in Ethylen umzuwandeln.Addition of ethylene to H2/CO feed at the reactor inlet (at a level of 6.2%) decreases the CH4 selectivity from 5.5 to 4.3, while increasing the C5+ selectivity from 87.5 to 105.6%. Most of the added ethylene (97%) is converted, with only 18% appearing as the desired C3+ products, the remainder (82%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive to further chain growth to C3+ at Fischer-Tropsch synthesis conditions and thus cannot be recycled without converting it to ethylene in a dehydrogenation reactor.

Vergleichsbeispiel 3Comparison example 3 Zugabe von Oben gegenüber Zugabe am Einlaß Ethylen-RuAddition from above versus addition at the inlet Ethylene-Ru

Es bietet einen eindeutigen Vorteil, den Reaktoreinlaß zu umgehen, indem das C&sub2; unter dem Einlaß mit der gleichen Konzentration eingebracht wird. Die CH&sub4;-Selektivität nimmt weiter ab (von 4,3 % auf 3,9 %), die C&sub5;&sbplus;Selektivität nimmt zu (von 105,6 % auf 117,0 %) und die Aktivität des Katalysators wird durch die Anwesenheit von Ethylen entweder am Einlaß oder unter dem Einlaß des Reaktors nicht beeinflußt. Der scheinbare Grund für die verbesserte Produktselektivität ist ein Anstieg der Ausbeute an C&sub3;&sbplus; aus Ethylen (der Prozentsatz der Ethylenzufuhr, die in C&sub3;&sbplus; umgewandelt worden ist) von 17 % auf 26 % trotz der niedrigeren Ethylenumwandlung bei Zugabe unterhalb des Einlasses. Die Zugabe unterhalb des Einlasses verringert die Selektivität zur Hydrierung dramatisch (von 82 % auf 44 %), während die C&sub3;&sbplus;-Selektivität erhöht wird (von 18 % auf 56 %). Daher erhöht es die Effizienz der Ethylenausnutzung dramatisch, während die Bildung von Spezies wie Ethan vermieden wird, die unter Fischer-Tropsch-Bedingungen nicht weiter polymerisiert werden können. There is a clear advantage to bypassing the reactor inlet by introducing the C2 below the inlet at the same concentration. The CH4 selectivity continues to decrease (from 4.3% to 3.9%), the C5+ selectivity increases (from 105.6% to 117.0%), and the activity of the catalyst is unaffected by the presence of ethylene either at the inlet or below the inlet of the reactor. The apparent reason for the improved product selectivity is an increase in the yield of C3+ from ethylene (the percentage of the ethylene feed that has been converted to C3+) from 17% to 26% despite the lower ethylene conversion when added below the inlet. The addition below the inlet dramatically reduces the selectivity to hydrogenation (from 82% to 44%) while increasing the C3+ selectivity (from 18% to 56%). Therefore, it dramatically increases the efficiency of ethylene utilization while avoiding the formation of species such as ethane, which cannot be further polymerized under Fischer-Tropsch conditions.

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % converted ethylene that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist definiert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und die Summe der Selektivitäten beträgt mehr als 100 %.*** Selectivity is defined as the percentage of converted CO that appears as the given product (is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is more than 100%.

1,2 % Ru/TiO&sub2;, 200ºC, 1 700 kPa H&sub2;/CO = 2,1/1, 35 bis 45 % CO-Umwandlung1.2% Ru/TiO₂, 200ºC, 1 700 kPa H₂/CO = 2.1/1, 35 to 45% CO conversion

Vergleichsbeisqiel 4Comparison example 4 Zufuhr von Oben gegenüber Zufuhr unter dem Einlaß Ethylen-CoFeed from above versus feed below the inlet Ethylene-Co

Es bietet einen eindeutigen Vorteil, den Reaktoreinlaßbereich zu umgehen, indem das C&sub2; unterhalb des Einlasses mit der gleichen Konzentration eingebracht wird. Die CH&sub4;-Selektivität nimmt weiter ab (von 8,3 % auf 7,2 %), die C&sub5;&sbplus;Selektivität nimmt zu (von 92,9 % auf 99,3 %) und die Aktivität des Katalysators wird durch die Anwesenheit von Ethylen entweder am Einlaß oder unterhalb des Einlasses des Reaktors nicht beeinflußt. Der scheinbare Grund ist ein Anstieg der Ausbeute an C&sub3;&sbplus; aus Ethylen (der Prozentsatz der Ethylenzufuhr, die in C&sub3;&sbplus; umgewandelt worden ist) von 13 % auf 27,3 % trotz der niedrigeren Ethylenumwandlung bei Zugabe unterhalb des Einlasses. Die Zugabe unterhalb des Einlasses verringert die Selektivität zur Hydrierung dramatisch (von 86,5 % auf 69,5 %), während die C&sub3;&sbplus;-Selektivität erhöht wird (von 13,5 % auf 30,5 %). Daher erhöht es die Effizienz der Ethylenausnutzung dramatisch, während die Bildung von Spezies wie Ethan vermieden wird, die unter Fischer-Tropsch-Bedingungen nicht weiter polymerisiert werden können. There is a clear advantage in bypassing the reactor inlet region by introducing the C2 below the inlet at the same concentration. The CH4 selectivity continues to decrease (from 8.3% to 7.2%), the C5+ selectivity increases (from 92.9% to 99.3%) and the activity of the catalyst is not affected by the presence of ethylene either at the inlet or below the inlet of the reactor. The apparent reason is an increase in the yield of C3+ from ethylene (the percentage of the ethylene feed that has been converted to C3+) from 13% to 27.3% despite the lower ethylene conversion. when added below the inlet. The addition below the inlet dramatically reduces the selectivity to hydrogenation (from 86.5% to 69.5%) while increasing the C3+ selectivity (from 13.5% to 30.5%). Therefore, it dramatically increases the efficiency of ethylene utilization while avoiding the formation of species such as ethane which cannot be further polymerized under Fischer-Tropsch conditions.

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % ethylene converted that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist definiert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und die Summe der Selektivitäten beträgt mehr als 100 %.*** Selectivity is defined as the percentage of converted CO that appears as the given product (is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the sum of the selectivities is more than 100%.

11,7 % Co/0,5 Re/TiO&sub2;, 200ºC, 2 050 kPa H&sub2; +CO, H&sub2;/CO = 2,1/1, 25 bis 27 % CO-Umwandlung11.7% Co/0.5 Re/TiO₂, 200ºC, 2 050 kPa H₂ +CO, H₂/CO = 2.1/1, 25 to 27% CO conversion

Vergleichsbeispiel 5Comparison example 5 Experimentelles Verfahren der EthylenzugabeExperimental procedure for ethylene addition

Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Raumgeschwindigkeit gestartet, die zum Erreichen einer Umwandlung von 15 bis 30 % CO bei 2 000 bis 2 100 kPa erforderlich war. Die Bedingungen wurden mindestens 48 h aufrechterhalten. Dann wurde eine Ethylen/Argon-Mischung mit dem CO/H&sub2;-Einsatzmaterial gemischt und am Einlaß mit einer Ethylenkonzentration von 2 bis 7 Vol.% eingebracht. Der Gesamtdruck in dem Reaktor wurde dann erhöht, um so den Partdialdruck von H&sub2; + CO auf den Werten zu halten, wie sie vor der gleichzeitig erfolgenden Zufuhr von Ethylen gewesen waren. Der Reaktor arbeitete bei diesen Bedingungen mindestens 24 h. The catalyst was started in H₂/CO at a space velocity required to achieve a conversion of 15 to 30% CO at 2000 to 2100 kPa. The conditions were maintained for at least 48 h. Then an ethylene/argon mixture was mixed with the CO/H₂ feed and introduced at the inlet with an ethylene concentration of 2 to 7 vol.%. The total pressure in the reactor was then increased so as to maintain the partial pressure of H₂ + CO at the values it had been before the simultaneous introduction of ethylene. The reactor operated under these conditions for at least 24 h.

1,2 % Ru/TiO&sub2;, 191 bis 192ºC, 2 100 kPa H&sub2; + CO, H&sub2;/CO = 2,1/1, 18 bis 22 % CO-Umwandlung1.2% Ru/TiO₂, 191 to 192ºC, 2 100 kPa H₂ + CO, H₂/CO = 2.1/1, 18 to 22% CO conversion

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % converted ethylene that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist definlert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und der Wert dieser "Selektivitäten" kann 100 % übersteigen.*** Selectivity is defined as the percentage of converted CO that appears as the given product (is almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the value of these "selectivities" can exceed 100%.

Die Zugabe von Ethylen (C&sub2;=) zu dem H&sub2;/CO-Einsatzmaterial am Reaktoreinlaß verringert die CH&sub4;-Selektivität und erhöht die C&sub5;&sbplus;- Selektivität mit dem Ru/TiO&sub2;-Katalysator. Ein großer Anteil des zugesetzten Ethylens (Konzentration 7 %, bezogen auf das Einsatzmaterial) wird umgewandelt (73,4 %), aber nur 49,5 % des umgewandelten C&sub2;= erscheinen als die gewünschten C&sub3;&sbplus;-Produkte, der Rest (50,5 %) wird zu Ethan hydriert, das bei Fischer-Tropsch- Synthesebedingungen gegenüber weiterem Kettenwachstum unreaktiv ist und somit nicht zurückgeführt werden kann, ohne es in einem Dehydrierreaktor in Ethylen umzuwandeln.The addition of ethylene (C₂=) to the H₂/CO feed at the reactor inlet reduces the CH₄ selectivity and increases the C₅+ selectivity with the Ru/TiO₂ catalyst. A large proportion of the added ethylene (concentration 7% based on the feed) is converted (73.4%), but only 49.5% of the converted C2= appears as the desired C3+ products, the remainder (50.5%) is hydrogenated to ethane, which is unreactive towards further chain growth under Fischer-Tropsch synthesis conditions and thus cannot be recycled without converting it to ethylene in a dehydrogenation reactor.

BeispielExample Experimentelles Verfahren für die Zugabe von Ethylen und Wasser gemeinsam mit dem Einsatzmaterial (als Coeinsatzmaterial)Experimental procedure for the addition of ethylene and water together with the feed (as co-feed)

Der Katalysator wurde in H&sub2;/CO mit einer Raumgeschwindigkeit gestartet, die zum Erreichen einer Umwandlung von 15 bis 30 % CO bei 2 000 bis 2 100 kPa erforderlich war. Die Bedingungen wurden mindestens 48 h aufrechterhalten. Dann wurde eine Ethylen/Argon- Mischung mit dem CO/H&sub2;-Einsatzmaterial gemischt und am Einlaß mit einer Ethylenkonzentration von 2 bis 7 Vol.% eingebracht. Der Gesamtdruck in dem Reaktor wurde dann erhöht, um so den Partialdruck von H&sub2; + CO auf den Werten zu halten, wie sie vor der gleichzeitig erfolgenden Zufuhr von Ethylen gewesen waren. Der Reaktor arbeitete bei diesen Bedingungen mindestens 24 h. Dann wurde Wasserdampf mit einer Konzentration von 10 bis 20 Vol % eingebracht, indem das H&sub2;+CO-Einsatzrnaterial durch einen Saturator geleitet wurde, der auf 120 bis 145ºC gehalten wurde, während die Ethylen/Argon-Strömung konstant gehalten wurde. Der Gesamtdruck des Reaktors wurde erhöht, um so den Partialdruck von H&sub2;+CO und Ethylen aufihren Niveaus vor der gleichzeitig erfolgenden Zufuhr von Wasser zu halten. Die Strömungsgeschwindigkeiten von H&sub2;/CO und Ethylen/Argon wurden auch erhöht, um die CO-Umwandlung auf dem Niveau vor der Wasserzugabe zuhalten. Der Reaktor arbeitete bei diesen Bedingungen mindestens 24 h. Effekt der Zugabe von Ethylen und Wasser - Rutheniumkatalysator The catalyst was started in H₂/CO at a space velocity required to achieve 15-30% CO conversion at 2000-2100 kPa. Conditions were maintained for at least 48 hours. An ethylene/argon mixture was then mixed with the CO/H₂ feed and introduced at the inlet at an ethylene concentration of 2-7 vol.%. The total pressure in the reactor was then increased so as to maintain the partial pressure of H₂ + CO at the levels prior to the simultaneous introduction of ethylene. The reactor operated at these conditions for at least 24 hours. Water vapor was then introduced at a concentration of 10 to 20 vol% by passing the H2+CO feed through a saturator maintained at 120 to 145°C while the ethylene/argon flow was kept constant. The total pressure of the reactor was increased so as to maintain the partial pressures of H2+CO and ethylene at their levels prior to the simultaneous addition of water. The H2/CO and ethylene/argon flow rates were also increased so as to maintain the CO conversion at the level prior to the addition of water. The reactor operated at these conditions for at least 24 hours. Effect of addition of ethylene and water - ruthenium catalyst

1,2 % Ru/TiO&sub2;, 191 bis 192ºC, 2 100 kPa H&sub2;+ CO, H&sub2;/CO = 2,1/1, 18 bis 22 % CO-Umwandlung1.2% Ru/TiO₂, 191 to 192ºC, 2 100 kPa H₂+ CO, H₂/CO = 2.1/1, 18 to 22% CO conversion

* % umgesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen* % ethylene converted that appeared as this product

** % zugesetztes Ethylen, die als dieses Produkt erschienen** % added ethylene that appeared as this product

*** Selektivität ist deruiiert als Prozentsatz des umgewandelten CO, das als das gegebene Produkt erscheint (ist beinahe identisch zu Gew.%). Wenn Ethylen zugesetzt wird, kommen allerdings einige der C-Atome aus diesem und der Wert dieser "Selektivitäten" kann 100 % übersteigen.*** Selectivity is derived as the percentage of converted CO that appears as the given product (almost identical to wt.%). However, when ethylene is added, some of the C atoms come from it and the value of these "selectivities" can exceed 100%.

Die Tabelle zeigt, daß die gleichzeitige Zufuhr von Wasserdampf mit dem Ethylen und mit dem H&sub2;/CO-Einsatzmaterial einen eindeutigen Vorteil bietet. Während die Ethylenumwandlung bei Zugabe von 18 % H&sub2;O von 73,5 % auf 38,2 % absinkt, nimmt die Ausbeute nur geringfügig ab (von 36,3 % auf 33,8 %). Was allerdings am Wichtigsten ist:The table shows that the simultaneous supply of steam with the ethylene and with the H₂/CO feedstock offers a clear advantage. While the ethylene conversion drops from 73.5% to 38.2% with the addition of 18% H₂O, the yield decreases only slightly (from 36.3% to 33.8%). But most importantly:

ο Die Selektivität zu den erwünschten C&sub3;&sbplus;-Produkten steigt von 49,5 % auf 88,5 %.ο The selectivity to the desired C₃&sbplus; products increases from 49.5% to 88.5%.

ο Die Geschwindigkeit der Ethylenumwandlung zu C&sub3;&sbplus;-Produkten und der CO-Umwandlung steigt auf annähernd das Dreifache, in anderen Worten, die Aktivität des Katalysators für beide Reaktionen, den C&sub2;H&sub4;-Einbau und die Fischer-Tropsch-Synthese, nimmt um das Dreifache zu.ο The rate of ethylene conversion to C₃₋ products and CO conversion increases almost threefold, in other words, the activity of the catalyst for both reactions, C₂H₄ incorporation and Fischer-Tropsch synthesis, increases threefold.

ο Die Geschwindigkeit der Umwandlung von Ethylen in Ethan (d. h. Hydriergeschwindigkeit) nimmt tatsächlich bei Zugabe von 18 % Wasserdampf zu dem H&sub2;/CO/C&sub2;=-Einsatzmaterial um das Dreifache ab.ο The rate of conversion of ethylene to ethane (i.e. hydrogenation rate) actually decreases three-fold upon addition of 18% steam to the H₂/CO/C₂= feed.

Damit verbundene günstige Effekte sind eine Abnahme der CH&sub4;- Selektivität (von 3,0 % auf 0,9 %) und ein Anstieg der effektiven C&sub5;&sbplus;-Selektivität von 138,5 % auf 199,5 %.Associated beneficial effects are a decrease in CH4 selectivity (from 3.0% to 0.9%) and an increase in effective C5+ selectivity from 138.5% to 199.5%.

Diese Resultate legen nahe, daß der Effekt des Wassers in der Erhöhung des erneuten Einbaus und Kettenwachstums des zugesetzten Ethylens liegt, während dessen Hydrierung zu unerwünschtem Ethan in dramatischer Weise gehemmt wird.These results suggest that the effect of water is to increase the re-incorporation and chain growth of the added ethylene, while dramatically inhibiting its hydrogenation to undesirable ethane.

Anmerkungen:Remarks:

ο Masse ausgedrückt in pound (1b) wird durch Malnehmen mit 0,4536 in kg umgewandelt.ο Mass expressed in pounds (1b) is converted to kg by multiplying by 0.4536.

ο Länge ausgedrückt in inch wird durch Malnehmen mit 2,54 in cm umgewandelt.ο Length expressed in inches is converted to cm by multiplying by 2.54.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verringerung der Methanbildung und zur Erhöhung der Flüssigkeitsausbeuten (C&sub5;&sbplus;) in einem Fischer- Tropsch-Verfahren zum Synthetisieren von Kohlenwasserstoffen durch Einbringen von CO und H&sub2; und mindestens einem Olefin in den Zuführungsbereich eines Katalysator enthaltenden Reaktorbetts, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf als ebenfalls eingebrachtes Einsatzmaterial (Coeinsatzmaterial) in dem Verfahren verwendet wird.1. Process for reducing methane formation and increasing liquid yields (C5+) in a Fischer-Tropsch process for synthesizing hydrocarbons by introducing CO and H2 and at least one olefin into the feed region of a catalyst-containing reactor bed, characterized in that steam is used as a co-feed material in the process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an dem Reaktorbett zugeführten Olefin auf einem Molverhältnis von Olefin zu CO im Bereich von 1:100 bis 5:1 basiert.2. The process of claim 1, wherein the amount of olefin fed to the reactor bed is based on a molar ratio of olefin to CO in the range of 1:100 to 5:1. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Olefin bzw. die Olefine α-Olefin des Typs R-CH=CH&sub2; ist bzw. sind, wobei R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 Kohlenstoffatomen ist.3. A process according to claim 1 or claim 2, wherein the olefin(s) is/are α-olefin of the type R-CH=CH₂, where R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 bei dem das Olefin ein C&sub2;- bis C&sub2;&sub0;-α-Olefin umfaßt.4. A process according to any one of claims 1 to 31, wherein the olefin comprises a C₂ to C₂₀ α-olefin. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Katalysator ein oder mehrere katalytische Gruppe VIII Metalle umfaßt.5. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst comprises one or more catalytic Group VIII metals. 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das katalytische Metall ausgewählt ist aus Eisen, Kobalt und Ruthenium.6. The process of claim 5, wherein the catalytic metal is selected from iron, cobalt and ruthenium. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das bei einer Temperatur von mindestens 100ºC durchgeführt wird.7. A process according to any one of claims 1 to 6, which is carried out at a temperature of at least 100°C. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 71 bei dem das Molverhältnis von Wasser zu CO im Bereich von 0,1:1 bis 5,0:1 liegt.8. Process according to one of claims 1 to 71, in which the molar ratio of water to CO is in the range of 0.1:1 to 5.0:1. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Molverhältnis von Wasser zu Olefin im Bereich von 0,1:1 bis 50:1 liegt.9. A process according to any one of claims 1 to 8, wherein the molar ratio of water to olefin is in the range of 0.1:1 to 50:1. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Molverhältnis vor Wasser zu Olefin im Bereich von 0,2:1 bis 10:1 liegt.10. The process of claim 9 wherein the molar ratio of water to olefin is in the range of 0.2:1 to 10:1.
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