DD260937A5 - Verfahren und katalysator zur umwandlung von kohlenwasserstoff-oelen in produkte mit niedrigerem durchschnittlichen molekulargewicht - Google Patents

Verfahren und katalysator zur umwandlung von kohlenwasserstoff-oelen in produkte mit niedrigerem durchschnittlichen molekulargewicht Download PDF

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DD260937A5
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Katalysator zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffoelen in Produkte mit geringerer mittlerer relativer Molekuelmasse und niedrigerem Siedepunkt. Es ist gekennzeichnet dadurch, dass ein Kohlenwasserstoffoel bei erhoehter Temperatur und erhoehtem Druck in Anwesenheit von Wasserstoff mit einem Katalysator aus einem modifizierten Y-Zeolithen zusammengebracht wird; dieser hat eine Einheitszellengroesse unter 24,45 A, einem mindestens gleichbleibenden Kristallinitaetsgrad bei steigenden SiO2/Al2O3-Molverhaeltnissen, ein Wasseradsorptionsvermoegen (bei 25C und einem p/po-Wert von 0,2) von mindestens 8 Ma.-% des modifizierten Zeolithen und ein Porenvolumen von mindestens 0,25 ml/g, wobei 10-60% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8 nm besteht, einen amorphen Spaltbestandteil, ein Bindemittel und mindestens einen Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe VI und/oder mindestens einen Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe VIII. Die Erfindung betrifft auch im Verfahren eingesetzte Katalysatormischungen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Katalysator zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffölen in Produkte mit geringerer mittlerer relativer Molekülmasse.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Unter den vielen heute bekannten Umwandlungsverfahren, die in Wasserstofatmosphäre stattfinden, spielt die Hydrospaltung eine wachsende Rolle, weil sie Flexibilität des Produkts mit Qualität verbindet. Da sie sich auch für recht schwere Einsatzstoffe eignet, gilt der Entwicklung von Katalysatoren für die Hydrospaltung große Aufmerksamkeit.
Die heutigen Katalysatoren arbeiten allgemein auf der Grundlage von zeolithischem Material, das evtl. durch Verfahren wie Ammonium-Ionenaustausch und verschiedene Arten der Kalzinierung eine Leistungssteigerung der darauf basierenden Katalysatoren erfahren hat.
Einer der Zeolithe, die als guter Ausgangsstoff zur Herstellung von Katalysatoren für die Hydrospaltung gelten, ist der bekannte synthetische Typ Y gemäß US-A-3,130,007. Von diesem Material sind mehrere Abwandlungen bekannt, darunter der extrem stabile Typ Y (US-A-3,536,605) und der extrem hydrophobe Typ Y'(GB-A-2,014,970). Allgemein führt die Modifizierung zu einer Verringerung der Einheitszellengröße je nach Art der Behandlung.
Die extrem hydrophoben Y-Zeolithe gemäß GB-A-2,014,970 werden auch in EP-B-28,938 und EP-B-70,824 als geeignete Bestandteile für Katalysatoren bei der Hydrospaltung bezeichnet. Aus diesen Veröffentlichungen geht hervor, daß solche Zeolithe ein geringes eigenes Wasseradsorptionsvermögen haben. Als maximal zulässig gelten Werte unter 5Ma.-% (EP-B-28,938) bzw. 8 Ma.-% (EP-B-70,824), und in EP-B-28,938 wird experimentell nachgewiesen, daß ein Wasseradsorptionsvermögen von 8,5% der Masse des Zeolithen die selektive Wirkung stark einschränkt.
In EP-A-162,733 werden Y-Zeolith-Bestandteile für Katalysatoren zur Hydrospaltung beschrieben, bei denen die Verteilung der Porendurchmesser in ziemlich engen Grenzen festgelegt ist. Dabei besteht im wesentlichen mindestens 80% des Gesamtporenvolumens und vorzugsweise mindestens 85% aus Poren mit einem Durchmesser unter 2 nm. GB-B-2,114,594 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mitteldestillaten unter Verwendung von Katalysatoren, die sogenannte porenerweiterte faujasitische Zeolithe enthalten. Die Porenerweitemng gemäß der Patentbeschreibung wird dadurch erzielt, daß der faujasitische Zeolith zuerst bei einer Temperatur von mindestens 5380C und speziell bei Temperaturen über 76O0C gedämpft wird. Danach wird der gedämpfte faujasitische Zeolith mit einer Säure in Kontakt gebracht, die vorzugsweise einen pH-Wert unter 2 aufweist. Zu beachten ist, daß der im porenerweiterten Zeolith verbleibende Grad an Kristallinität bei steigendem Säureeinsatz stark absinkt (siehe Abb.3, GB-B-2,114,594). Da das Si02/AI203-Molverhältnis im wesentlichen linear mit der Menge der eingesetzten Säure wächst (siehe Abb. 2), gibt es ein charakteristisches Absinken der Kristallinität der nach dem Verfahren gemäß GB-B-2,114,594 behandelten faujasitischen Zeolithe, wenn die SiO2/AI2O3-Molverhältnisse ansteigen.
Ziel der Erfindung
Mit der Erfindung sollen die bekannten Verfahren verbessert werden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Es wurde festgestellt, daß die Anwesenheit bestimmter modifizierter Y-Zeolithe sowie eines amorphen Spaltbestandteils in Katalysatoren zur Hydrospaltung eine unerwartet hohe Selektivität hinsichtlich des erwünschten Produkts/der erwünschten Produkte und eine bedeutend niedrigere Gasausbeute bewirkt, als das bisher bei Katalysatoren auf der Gruhdlage von Y-Zeolith der Fall war. Gleichzeitig können beträchtliche Mengen an Polynaphthenverbindungen im Einsatzmaterial, die bekanntermaßen schwer oder gar nicht zu verarbeiten sind, nach der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise umgesetzt werden. Es wurde festgestellt, daß die Anwesenheit von amorphen Spaltbestandteilen sich wesentlich auf die Umwandlung von Polynaphthenverbindungen auswirkt. Unter „Polynapthenverbindungen" sind hier solche zu verstehen, die massenspektrometrisch vier oder mehr Ringe in ihrer jeweiligen im wesentlichen kondensierten Struktur aufweisen. Im weiteren stellte sich heraus, daß die Qualität des Produkts trotz eines geringeren Wasserstoffverbrauchs besser war. Diese Verbesserungen sind um so bemerkenswerter, als sie mit Katalysatoren erreicht werden können, deren Aktivität die bisher mit Zeolithen vom Y-Typ erreichbare übersteigt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffölen in Produkte mit geringerer mittlerer relativer Molekülmasse und niedrigerer Siedekennziffer, wobei ein Kohlenwasserstofföl bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Katalysator zusammengebracht wird. Dieser besteht aus einem modifizierten Y-Zeolith mit einer Einheitszellengröße unter 24,45A, einem zumindest gleichbleibenden Kristallinitätsgrad bei steigenden Si02/Al203-Molverhältnissen, einem Wasseradsorptionsvermögen (bei 250C und einem p/Po-Wert von 0,2) von mindestens 8% der Masse des modifizierten Zeolithen und einem Porenvolumen von mindestens 25 ml/g, wobei 10 bis 60% des gesamten Porenvolumens aus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8 nm besteht, sowie einem amorphen Spaltbestandteil, einem Bindemittel und mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe Vl und/oder mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metali der Gruppe VIII.
Die vorzugsweise eingesetzten Katalysatoren sind dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 40% des Gesamtporenvolumens des modifizierten Y-Zeolithen aus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8 nm besteht. Die Porendurchmesserverteilung errechnet sich nach der von E.P.Barrett, G.Joynerund P. P.Halenda beschriebenen Methode (J. Am. Chem. Soc. 73,373 [1951]) und beruht auf der numerischen Analyse der Stickstoffdesorptionsisotherme. Interkristalline Lücken werden bei der Bestimmung des Prozentsatzes der Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8 nm am Gesamtporenvolumen nicht berücksichtigt, wenn dieser Anteil zwischen 10 und 40% liegt.
Es wurde festgestellt, daß beim Einsatz von modifizierten Y-Zeolithen mit einem Wasseradsorptionsvermögen von mindestens 10% und besonders von 10-15% der Masse des Zeolithen sehr gute Werte für Leistung und Aktivität sowie bei der Umwandlung unerwünschter Polynaphtenverbindungen möglich sind. Das Wasseradsorptionsvermögen der modifizierten Y-Zeolithe in Katalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei 25°Cund einem p/po-Wertvon 0,2 gemessen. Dabei wird der modifizierte Y-Zeolith bei einer erhöhten Temperatur zweckmäßigerweise 400°C, luftleer gemacht und danach bei 250C einem Wasserdruck entsprechend einem p/po-Wert von 0,2 ausgesetzt (Verhältnis des Teilwasserdrucks im Apparat zum Sättigungsdruck von Wasser bei 25°C).
Die Einheitszellengröße der in den Katalysatormischungen für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einzusetzenden modifizierten Y-Zeolithen liegt unter 24,45 A (bestimmt nach ASTM-D-3492 am Zeolithen in der NH4 +-Form), vorzugsweise unter 24,40A und speziell unter 24,35 A. Die Einheitszellengröße ist jedoch nur ein Parameter zur Bestimmung der Eignung von modifizierten Y-Zeolithen. Es wurde festgestellt, daß zur Erzielung der schon genannten ausgeprägten Leistungssteigerungen auch das Wasseradsorptionsvermögen, die Porendurchmesserverteilung und die Kristallinität berücksichtigt werden müssen.
Bei der Kristallinität ist zu beachten, daß sie bei den modifizierten Y-Zeolithen gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Vergleich der Kristallinität in Abhängigkeit von einem steigenden SiO2/AI203-Molverhältnis mindestens gleichbleiben soll (bezogen auf einen bestimmten Standard, z. B. Na-Y). Allgemein verbessert sie Sich beim Vergleich modifizierter Y-Zeolithe mit steigenden SiO2/AI2O3-Molverhältnissen leicht.
Die im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einzusetzenden Katalysatormischungen enthalten zweckmäßigerweise 50-90Ma.-% modifizierten Y-Zeolith und amorphen Spaltkatalysator, und 10-50Ma.-% Bindemittel. Vorzugsweise sind recht hohe Anteile an modifiziertem Y-Zeolith enthalten — speziell 60-85Ma.-% modifizierter Y-Zeolith und amorpher Spaltbestandteil, und 15-40Ma.-% Bindemittel.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Katalysator eingesetzt, dessen Gehalt an modifiziertem Y-Zeolith 5 bis 95% der Gesamtmenge an modifiziertem Y-Zeolith und amorphem Spaltbestandteil beträgt. Insbesondere arbeitet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Katalysator, bei dem der Gehalt an modifiziertem Y-Zeolith zwischen 10 und 75% der Gesamtmenge an modifiziertem Y-Zeolith und amorphem Spaltbestandteil liegt.
Zweckmäßigerweise können im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung amorphe Spaltbestandteile auf Silikagrundlage eingesetzt werden, vorzugsweise Silika-Tonerde. In Spaltbestandteilen auf Silikagrundlage beträgt der Silika-Anteil 50-95Ma.-%.
Ebenfalls als Spaltbestandteile eingesetzt werden können sogenannte amorphe Röntgen-Zeolithe (mit so kleinen Kristalliten, daß sie durch normale Röntgenverfahren nicht feststellbar sind).
Das (die) Bindemittel in den Katalysatormischungen enthält (enthalten) anorganische Oxide, die Bindemittel können sowohl amorph als auch kristallin sein. Als Beispiel seien Silika, Tonerde, Tone und Zirkonerde genannt, das bevorzugte Bindemittel ist
Tonerde. ·
Das Si02/Al203-Molverhältnis des modifizierten Y-Zeoliths ist nach der gewünschten Einheitszellengröße einzustellen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik sind hierzu viele Verfahren beschrieben. Es wurde festgestellt, daß modifizierte Y-Zeolithe mit einem SiO2/AI2O3-Molverhältnis zwischen 4 und 25 als zeolithischer Bestandteil der Katalysatormischung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, vorzugsweise modifizierte Y-Zeolithe mit einem SiO2/AI2O3-Molverhältnis zwischen 8
Die Katalysatormischungen für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten zweckmäßigerweise einen oder zwei Bestandteile Nickel und/oder Kobalt und einen oder zwei Bestandteile Molybdän und/oder Wolfram bzw. einen oder mehrere Bestandteile Platin und/oder Palladium.
Der (die) Anteil(e) Hydrierbestandteil in den Katalysatormischungen schwankt (schwanken) zwischen 0,05 und 10 Ma.-% bei Bestandteilen der Metallgruppe VIII und zwischen 2 und 40Ma.-%bei Bestandteilen der Metallgruppe Vl, berechnet als Metall(e) pro 100 Masseteile Gesamtkatalysator. Die Hydrierbestandteile inden Katalysatormischungen können Oxid-oder Sulfidform aufweisen. Liegt eine Kombination von mindestens einem Metallbestandteil der Gruppe Vl und VIII als (Misch-)Oxid vor, wird sie
erst nach Sulfidierung zur Hydrospaltung eingesetzt. " '
Das Umwandlungsverfahren in Wasserstoffatmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, daß eine wesentliche Verringerung der mittleren relativen Molekülmasse und des Siedepunktes durch Zusammenbringen des Einsatzgutes mit einer Katalysatormischung erreicht wird, die wie bereits beschrieben einen modifizierten Y-Zeolithen, einen amorphen Spaltbestandteil und ein Bindemittel enthält.
Beispiele für solche Verfahren sind die Einstufen-, Zweistufen-, Mehrstufen- und die milde Hydrospaltung.
Die Umwandlungsverfahren in Wasserstoffatmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung können natürlich auch nach dem Bunkerprinzip stattfinden, wobei in einem Reaktionsbehälter in Abständen oder diskontinuierlich der Katalysator entfernt oder ergänzt wird wie nach dem gegenwärtigen Stand der Technik beschrieben.
Zu den Einsatzstoffen, die für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, gehören Gasöle, Vakuumöle,
entasphaltierte Öle, lange Rückstände, katalytisch gespaltene Kreislauföle, Kokergasöle und andere thermisch gespaltene Gasöle und synthetische Rohprodukte aus Teersanden, Schieferölen, Rückstandsaufbereitungsverfahren oder Biomasse.
Eskönnen auch Einsatzstoffe kombiniert werden.
Vordem Einsatz in der Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es angebracht sein, das Ausgangsmaterial ganz oder teilweise durch (Hydro-)Raffination in einer oder mehr Stufen zu behandeln. Oft ist eine(teilweise) Hydroraffination zweckmäßig. Sind recht schwere Einsatzprodukte zu verarbeiten, dann ist eine (Hydro-)Entmetallisierung angebracht.
Zu den geeigneten Prozeßbedingungen hierfür gehören Temperaturen von 250-5000C, Drücke bis zu 300 bar und Raumgeschwindigkeiten zwischen 0,1 und 10 kg Beschickung pro 1 Katalysator in der Stunde (kg/l.h). Gas kann in Mengen von 100-5000 Nl/kg Zulauf eingesetzt werden.
Es wurde festgestellt, daß unter den herrschenden Reaktionsbedingungen bei einem Bruttoumwandlungsgrad pro Durchgang von mindestens 40Ma.-% zusätzlich mindestens 10Ma.-%an Polynaphthenbestandteilen (bereits im Ausgangsmaterial enthalten oder dort durch Rückführung angereichert) umgesetzt werden können.
Der Umwandlungsprozeß in Wasserstoffatmosphäre gemäß vorliegender Erfindung arbeitet vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 300 und 4500C, einem Druck von 25-200 bar und einer Raumgeschwindigkeit von 0,2-5 kg Zulauf pro I Katalysator in der Stunde, bei Gas-Zulauf-Verhältnissen zwischen 250 und 2000.
Die dabei und besonders in der Hydrospaltung eingesetzten Katalysatoren sind offensichtlich sehr vielseitig, da sie aufgrund der
charakteristischen Eigenschaft des begrenzten Überspaltens Produktionsfraktionen mit recht engen Siedebereichen erzeugen können. Daher eignen sie sich für verschiedene Fahrweisen je nach der gewünschten Produktionspalette.
sein, jedoch kann auch mit einem wesentlich höher siedenden Zulauf ein Produkt mit ähnlichem Siedebereich erzeugt werden. Zum Beispiel eignet sich ein Vakuumöl offensichtlich ausgezeichnet als Einsatzstoff zur Erzeugung mit Mitteldestillaten mit Katalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung, jedoch kann auch Benzin mit hoher Ausbeute produziert werden. Durch Einstellung beispielsweise der Betriebstemperatur und/oder der Rücklaufschnittemperatur (bei Rücklaufbetrieb) ergibt sich als Haupterzeugnis entweder Mitteldestillat oder Benzin bei hoher Selektivität hinsichtlich des erwünschten Produkts.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Katalysatormischungen aus einem modifizierten Y-Zeolithen, dessen Einheitszellengröße unter 24,45A liegt, dessen Kristallinität bei wachsenden SiO2/AI2O3-Molverhältnissen zumindest gleichbleibt, dessen Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/po-Wertvon 0,2) mindestens8Ma.-% des modifizierten Zeolithen und dessen Porenvolumen mindestens 0,25ml/g beträgt, wobei 10-60% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8 nm besteht, sowie aus einem amorphen Spaltbestandteil, einem Bindemittel und mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe Vl und/oder mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe VIII, wobei 50-90 Ma.-% des Katalysatorsaus modifiziertem Y-Zeolith und dem amorphen Spaltbestandteil und 10 bis 50Ma.-% aus Bindemittel besteht. Vorrangig eingesetzt werden Katalysatormischungen, bei denen 60-85 Ma.-% des Katalysators aus modifiziertem Y-Zeolith und amorphem Spaltbestandteil und 15 bis 40Ma.-% aus Bindemittel besteht. Die Katalysatormischungen bestehen vorzugsweise aus modifizierten Y-Zeolithen, bei denen 10-40% des Gesamtporenvolumens von Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8nm gebildet werden, und deren Wasseradsorptionsfähigkeit 1 -15 Ma.-% des modifizieren Y-Zeolithen beträgt. Dessen Einheitszellengröße liegt unter 24,40A und speziell unter 24,35 A.
Der Anteil an modifizierten Y-Zeolithen in den Katalysatormischungen gemäß vorliegender Erfindung liegt vorzugsweise zwischen 10 und 75% der Gesamtmenge an modifizierten Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil. Spaltbestandteile auf Silikagrundlage werden vorrangig eingesetzt. Der modifizierte Y-Zeolith gemäß vorliegender Erfindung hat ein SiO2/AI2O3-Molverhältnis von 4-25 und speziell von 8-15.
Die Katalysatormischungen gemäß vorliegender Erfindung enthalten vorzugsweise 0,05-10 Ma.-% Nickel und 2-40 Ma.-% Wolfram, berechnet als Metalle pro 100 Masseteile Gesamtkatalysator.
Ausführungsbeispiele Beispiel I
a) Katalysatorherstellung
Man mischt 96,5g eines modifizierten Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße von 24,37 A, einem Wasseradsorpitonsvermögen (bei 250C und einem p/po-Wert von 0,2) von 11,8%, einem Stickstoffporenvolumen von 0,28ml/g, wobei 21% des Gesamtporenvolumens von Poren mit einem Durchmesser über 8nm gebildet wird, und mit einem Glühverlust (5500C) von 6,7% mit 625,8g amorpher Silika-Tonerde (ex Akzo) mit einem Glühverlust von 18,5%. Zu dieser pulvrigen Mischung gibt man eine Aufschlämmung aus 500g Wasser und 191 g hydratisiertem Aluminiumoxid (Böhmit, ex Condea) mit einem Glühverlust von 22% sowie 7,5g Essigsäure. Diese Mischung wird gemahlen und in einem Bonnot-Extruder mit einer Spannplatte für 1,5-mm-Extrudat stranggepreßt. Die Extrudate werden 2 Stunden bei 12O0C getrocknet, 2 Stunden bei 5000C kalziniert und haben ein Porenvolumen für Wasser von 0,83ml/g.
Es wird eine Nickel-Wolfram-Lösung hergestellt, die 107g Nickelnitratlösung (14% Ni), 76g Wasser und 68g Ammoniummetawolframat (69,5% W) enthält. 25,2g der Nickel-Wolfram-Lösung werden mit Wasser auf 42 ml verdünnt und damit 50g der genannten Extrudate imprägniert. Schließlich werden die imprägnierten Extrudate 4 Stunden bei 1200C getrocknet und 1 Stunde bei 5000C kalziniert. Danach enthielten sie 2,6% Nickel und 8,2% Wolfram. Derfertige Katalysator enthielt 10,6% modifizierten Y-Zeolithen, 68,5% amorphen Spaltbestandteil und 20,9% Bindemittel in der Trockenmasse.
b) Hydrospaltversuche
Die Hydrospaltleistung des in Beispiel la beschriebenen Katalysators wurde in einem Versuch mit wasserstoffbehandeltem schweren Vakuumgasöl geprüft, das folgende Eigenschaften aufwies:
C(%) 86,1
H (%) 13,9
S (ppm) 400
N (ppm) 9
d (70/4) 0,8277
Stockpunkt (°C) 36 (ASTM D-97)
Siedepunkt (0C) 205°
10% Ausbeute 360
20% Ausbeute 399
30% Ausbeute 427
40% Ausbeute 447
50% Ausbeute 465
60% Ausbeute 482
70% Ausbeute 500
80% Ausbeute 521
90% Ausbeute 544
Siedeende über 620
Der Katalysator wurde zuerst durch langsames Erwärmen auf 3700C in einer 10-Vol.-%igen H2S/H2-Atmosphäre vorgeschwefelt und dann 1:1 verdünnt mit 0,2 mm SiC-Teilchen unter folgenden Betriebsbedingungen erprobt:
Raumgeschwindigkeit 1,45kg · l~1h~1, H2S-Teildruck 1,2 bar, Gesamtdruck 118 bar, Gas-Zulauf-Verhältnis 1,500Nl kg"1. Die Erprobung fand im geraden Durchgang statt, und die Katalysatorleistung ist ausgedrückt bei 50% Umsatz eines Materials mit einem Siedepunkt von 32O0C+ im Einsatzstoff nach Stabilisierung des Katalysators.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Erforderliche Temperatur (50% Umwandig. 320X+): 3510C
Verteilung des Produkts 32O0C" (in %):
C1-C
•4
140°C-320°C
40 54
Der chemische Verbrauch an Wasserstoff betrug 0,7% des Zulaufs.
Beispiel Il
a) Katalysatorherstellung
Man mischt 295g eines modifizierten Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße von 24,37 A, einem Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/po-Wert von 0,2) von 11,8%, einem Stickstoffporenvolumen von 0,28 ml/g, wobei 21% des Gesamtporenvolumensvon Poren mit einem Durchmesser über 8nm gebildet wird, und einem Glühverlust (5500C) von 6,8% mit 337g amorpher Silika-Tonerde (sx Akzo) mit einem Glühverlust von 18,4%. Zu dieser pulvrigen Mischung gibt man eine Aufschlämmung von 500g Wasser und 175g hydratisiertem Aluminiumoxid (Böhmit, exCondea) mit einem Glühverlust von 21,4% sowie 6,8% Essigsäure. Diese Mischung wird gemahlen und in einem Bonnot-Extruder mit einer Spannplatte für 1,5-mm-Extrudatsntranggepreßt. Die Extrudate werden 2 Stunden bei 1200C getrocknet, 2 Stunden bei 5000C kalziniert und haben ein Porenvolumen für Wasser von 0,73ml/g.
Es wird eine Nickel-Wolfram-Lösung hergestellt, die 107,2g Nickelnitratlösung (14% Nickel), 76g Wasser und 68,4g Ammoniummetawolframat (69,5% W) enthält. 25,2 g der Nickel-Wolfram-Lösung werden mit Wasser auf 36,5 ml verdünnt und damit 50g der beschriebenen Extrudate imprägniert. Diese werden dann 1 Stunde lang mit einem Walzengerät homogenisiert, 1 Stunde lang bei 1200C getrocknet und 1 Stunde bei 500°C kalziniert. Sie enthielten 2,6% Nickel und 8,2% Wolfram. Der fertige Katalysator enthielt 36,6% modifizierten Y-Zeolithen, 41,8% amorphen Spaltbestandteil und 21,6% Bindemittel in der Trockenmasse.
b) Hydrospaltversuche
Der Katalysator gemäß Beispiel Ma wurde vorgeschwefelt wie in Beispiel Ib beschrieben und dann 1:1 verdünnt mit 0,2 mm SiC-Teilchen unter den Betriebsbedingungen gemäß Beispiel Ib geprüft.
Die Katalysatorleistung ist ausgedrückt bei 50% Umsatz eines Materials mit einem Siedepunkt von 32O0C+ im Einsatzstoff nach Stabilisierung des Katalysators.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Erforderliche Temperatur:
(50% Umwandig. 3200C+): 334°C
Verteilung des Produkts 320°C" (in %):
'4
C1-C.
C5-MO0C
140°C-320°C
9 41 49
Der chemische Verbrauch an Wasserstoff betrug 0,9% des Zulaufs.
Beispiel III
a) Katalysatorherstellung
Ein handelsüblicher extrem stabiler Ammonium-Y-Zeolith mit einer Einheitszellengröße von 24,57 A, einem Natriumoxidgehalt von 0,12% und einem Si02/Al203-Molverhältnis von etwa 6 erhielt 1 Stunde lang eine lonenaustausehbehandlung mit 0,2M Aluminiumsulfat unter Rücklaufbedingungen. Dann wurde das so behandelte Material in Gegenwart von Dampf 1 Stunde lang bei 7000C kalziniert. Das dabei entstandene Material hatte eine Einheitszellengröße von 24,30 A und ein Si02/AI203-Molverhältnis von 6,85.
Das erhaltene Material wurde dann 1 Stunde lang einer lonenaustausehbehandlung mit 0,16M Aluminiumsulfat unter Rücklaufbedingungen unterzogen und danach unter den gleichen Bedingungen mit 1 M Ammoniumnitrat behandelt. Diese Behandlung wurde einmal wiederholt, und der entstandene Y-Zeolith hatte eine Einheitszellengröße von 24,32A und ein SiO2/ AI203-Molverhältnisvon 10,2.
Es wurden 317g des modifizierten Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße von 24,32A, einem Si02/AI203-Molverhältnis von 10,2, einem Wasseradsorptionsvermögen (bei 250C und einem p/po-Wert von 0,2) von 10,6, einem Stickstoffporenvolumen von 0,47 ml/g, wobei 27% des Gesamtporenvolumensaus Poren mit einem Durchmesser über 8nm bestanden, und einem Glühverlust (550°C) von 21 % mit 356g amorpher Silika-Tonerde (ex Crosfield) mit einem Glühverlust von 30% sowie 168g hydratisiertem Aluminiumoxid (Böhmit, exCondea) mit einem Glühverlust von 25,8% gemischt. Zu dieser Mischung gab man 18,8g Essigsäure und 342g Wasser. Nach dem Mahlen wurde die entstandene Mischung in einem Bonnot-Extruder mit einer Spannplatte für 1,5-mm-Extrudate stranggepreßt. Die Extrudate wurden 2 Stunden lang bei 12O0C getrocknet und 2 Stunden lang bei 500°C kalziniert. Sie hatten dann ein Porenvolumen für Wasser von 0,71 ml/g.
Es wurde eine Nickel-Wolfram-Lösung hergestellt, die 214g Nickelnitratlösung (14% Nickel), 150g Wasser und 136,7g Ammoniummetawolframat (69,5% Wolfram) enthielt. 65,7 g der Nickel-Wolfram-Lösung wurden mit Wasser auf 93 ml verdünnt und damit 131 g der beschriebenen Extrudate imprägniert. Nach einstündiger Homogenisierung der imprägnierten Extrudate mit einem Walzengerät wurden sie 2 Stunden lang bei 12O0C getrocknet und schließlich 1 Stunde lang bei 5000C kalziniert. Sie enthielten 2,6% Nickel und 8,2% Wolfram. Der fertige Katalysator enthielt 37,7% des modifizierten Y-Zeolithen, 42,3% amorphen Spaltbestandteil und 20,0% Bindemittel in der Trockenmasse.
b) Hydrospaltversuche
Der in Beispiel lila beschriebene Katalysator wurde gemäß Beispiel Ib vorgeschwefelt und dann wie in Beispiel Mb geprüft.
Seine Leistung bezieht sich auf 50% Umsatz eines Stoffes mit dem Siedepunkt 3200C+im Einsatzmaterial nach Stabilisierung des Katalysators.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Erforderliche Temperatur
(50% Umwandig. 3200C+): 3300C
Verteilung des Produkts 3200C"" (in %):
'4
C1-C.
Cs-140°C
140-3200C
40 53
Der chemische Verbrauch an Wasserstoff betrug 0,8% des Zulaufs.
Vergleichsbeispiel A
a) Katalysatorherstellung
Es wurden 113,8g eines handelsüblichen extrem stabilen Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße von 24,56Ä, einem Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/po-Wert von 0,2) von 24% und einem Stickstoffporenvolumen von 0,38 ml/ g, wobei 8% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Durchmesser über 8nm bestanden, und einem Glühverlust (550°C) von 21% mit 626g amorpher Silika-Tonerde (ex Akzo),Glühlverlust (5500C) 18,5%, gemischt. Dieser pulvrigen Mischung wurde eine Aufschlämmung von 500g Wasser und 191g hydratisiertem Aluminiumoxid (Böhmit, ex Condea) mit einem Glühlverlust von 22% sowie 7,5g Essigsäure zugegeben. Diese Mischung wurde gemahlen und in einem Bonnot-Extruder mit einer Spannplatte für 1,5-mm-Extrudate stranggepreßt. Die Extrudate wurden 2 Stunden lang bei 1200C getrocknet und dann 2 Stunden lang bei 5000C kalziniert.
Die erhaltenen Extrudate hatten ein Porenvolumen für Wasser von 0,80 ml/g. Es wurde eine Nickel-Wolfram-Lösung aus 107,3 g Nickelnitrat (14% Nickel), 76g Wasser und 68,4g Ammoniummetawolframat (69,5% Wolfram) hergestellt. 50g der beschriebenen Extrudate wurden mit 40ml einer Lösung aus Wasser und 25,2g Nickel-Wolfram-Lösung imprägniert. Die imprägnierten Extrudate wurden 1 Stunde lang mit einem Walzengerät homogenisiert und dann 2 Stunden lang bei 1200C getrocknet und 1 Stunde lang bei 500°C kalziniert. Sie enthielten 2,6% Nickel und 8,2% Wolfram. Der fertige Katalysator enthielt 12,2% Zeolith, 67,3% amorphen Spaltbestandteil und 20,5% Bindemittel in der Trockenmasse.
b) Hydrospaltversuche
Der im Vergleichsbeispiel A a) beschriebene Katalysator wurde wie in Beispiel I b vorgeschwefelt und wie in Beispiel I b geprüft.
Seine Leistung ist ausgedrückt bei 50% Umwandlung eines Materials mit dem Siedepunkt 3200C+ im Einsatzstoff nach Stabilisierung des Katalysators.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Erforderliche Temperatur
(50% Umwandig. 3200C+): 361 °C
Verteilung des Produkts 32O0C" (in %):
C1-C4 : 9
C5-140 0C : 56
140-320 : 35
Der chemische Verbrauch an Wasserstoff betrug 1,0% des Zulaufs.
Vergleichsbeispiel B
a) Katalysatorherstellung
379,3g eines handelsüblichen extrem stabilen Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße von 24,56 A, einem Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/po-Wert von 0,2) von 24% und einem Stickstoffporenvolumen von 0,38ml/ g, wobei 8% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Durchmesser über 8nm besteht, und mit einem Glühverlust (55O0C) von 21 % wurden mit 368g amorpher Silika-Tonerde (ex Akzo), Glühverlust (550°C) 18,5%, gemischt. Dieser pulvrigen Mischung wurde eine Aufschlämmung aus 191,1 g hydratisiertem Aluminiumoxid (Böhmit, ex Condea), 500g Wasser und 7,5g Essigsäure zugegeben. Die Mischung wurde gemahlen und in einem Bonnot-Extruder mit einer Spannplatte für 1,5-mm-Extrudate stranggepreßt. Die Extrudate wurden 2 Stunden lang bei 12O0C getrocknet und dann 2 Stunden lang bei 5000C kalziniert. Sie hatten dann ein Porenvolumen für Wasser von 0,71 ml/g.
50 g der so erhaltenen Extrudate wurden mit 36 ml einer Lösung aus Wasser und 25,2 geiner Lösung aus 107,2 g Nickelnitrat (14% Nickel), 76g Wasser und 68,3g Ammoniummetawolframat (69,5% Wolfram) imprägniert. Sie wurden dann 1 Stunde lang mit einem Walzengerät homogenisiert, 2 Stunden lang bei 12O0C getrocknet und 1 Stunde lang bei 5000C kalziniert. Die Extrudate enthielten 2,6% Nickel und 8,2% Wolfram, der fertige Katalysator 40,4% Zeolith, 39,2% amorphen Spaltbestandteil und 20,4% Bindemittel in der Trockenmasse.
b) Hydrospaltversuche
Der im Vergleichsbeispiel B a) beschriebene Katalysator wurde wie in Beispiel I b vorgeschwefelt und dann wie in Beispiel I b geprüft. Seine Leistung ist ausgedrückt bei 50% Umwandlung von Material mit einem Siedepunkt von 3200C+ im Einsatzstoff nach Stabilisierung des Katalysators.
Es wurden folgende Ergebnisse erreicht:
Erforderliche Temperatur
(50% Umwandig. 32O0C+): 338°C
Verteilung des Produkts 3200C" (in %):
C1-C4 C5-MO0C 140-320°C
22 58 20
Der chemische Verbrauch an Wasserstoff betrug 1,2% des Zulaufs.
Es ergibt sich, daß die Katalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur aktiver, sondern auch selektiver sind als Katalysatoren auf der Grundlage bekannter extrem stabiler Y-Zeolithe. Außerdem geht der chemische Verbrauch an Wasserstoff etwas zurück.

Claims (30)

1. Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffölen in Produkte mit geringerer mittlerer relativer Molekülmasse und niedrigerer Siedekennziffer, bei dem ein Kohlenwasserstofföl bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Katalysator zusammengebracht wird, gekennzeichnet durch einen modifizierten Y-Zeolithen mit einer Einheitszellengröße unter 24,45 A, einen bei steigendem Si02/Al203-Molverhältnis mindestens gleichbleibendem Kristallinitätsgrad, ein Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/po-Wert von 0,2) von mindestens 8 Ma.-% des modifizierten Zeolithen und ein Porenvolumen von mindestens 0,25ml/g, wobei 10-60% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Durchmesser von mindestens 8 nm besteht, einen amorphen Spaltbestandteil, ein Bindemittel und mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe Vl und/oder mindestens einem Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe VIII.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators aus einem modifizierten Y-Zeolithen, bei dem 10-40% des Gesamtporenvolumens aus Poren mit einem Durchmesser von mindestens 8 nm besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung eines modifizierten Y-Zeolithen mit einem Wasseradsorptionsvermögen von mindestens 10Ma.-%des modifizierten Zeolithen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verwendung eines modifizierten Zeolithen mit einem Wasseradsorptionsvermögen von 10-15Ma.-% des modifizierten Zeolithen.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet durch Verwendung eines modifizierten Zeolithen mit einer Einheitszellengröße unter 24,40 A und speziell unter 24,35 A.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators aus 50 bis 90Ma.-% modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil und 10-50Ma.-% Bindemittel.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators aus 60-85 Ma.-% modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil und 15-40 Ma.-% Bindemittel.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators mit einem Anteil an modifiziertem Y-Zeolithen von 5-85% der Gesamtmenge an modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators mit einem Anteil an modifiziertem Y-Zeolithen von 10-75% der Gesamtmenge an modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil.
10. Verfahren nach Anspruch 1-9, gekennzeichnet durch Verwendung eines amorphen Spaltbestandteils auf Silikagrundlage.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Verwendung von Silika-Tonerde als amorpher Spaltbestandteil.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch Verwendung eines amorphen Spaltbestandteils mit einem Silikagehalt von 50-95%.
13. Verfahren nach Anspruch 1-12, gekennzeichnet durch Verwendung eines Bindemittels aus anorganischem Oxid.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verwendung von Silika, Tonerde oder Ton als Bindemittel.
15. Verfahren nach Anspruch 1-14, gekennzeichnet durch Verwendung eines modifizierten Y-Zeolithen mit einem SiO2/AI2O3-Molverhältnis von 4-25.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Verwendung eines modifizierten Y-Zeolithen mit einem Si02/Al203-Molverhältnis von 8-15.
17. Verfahren nach Anspruch 1-16, gekennzeichnet durch Verwendung eines Katalysators mit einem oder mehr Bestandteilen aus Nickel und/oder Kobalt und einem oder mehr Bestandteilen aus Molybdän und/oder Wolfram oder einem oder mehr Bestandteilen aus Platin und/oder Palladium.
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Verwendung eines Hydrierbestandteils mit 0,05-10Ma.-% Nickel und 2-40Ma.-% Wolfram, berechnet als Metalle pro 100 Masseteile des Gesamtkatalysators.
19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Verwendung eines oder mehrerer Hydrierbestandteile der Gruppe Vl in sulfidierter Form.
20. Verfahren nach Anspruch 1-19, gekennzeichnet durch Umwandlung von mindestens 10Ma.-% der Polynaphthenbestandteile zusätzlich zur Umwandlung von Kohlenwasserstofföl bei Temperaturen von 250-5000C, einem Druck bis zu 300 bar und einer Raumgeschwindigkeit von 0,1-1 Okg Zulauf pro 1 Katalysator in der Stunde bei einem Bruttoumwandlungsgrad je Durchgang von mindestens 40 Ma.-%.
21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Umwandlung von mindestens 25 Ma.-% der Polynaphthenbestandteile zusätzlich zur Umwandlung von Kohlenwasserstofföl bei Temperaturen von 300-450°C, einem Druck von 25-200 bar und einer Raumgeschwindigkeit von 0,2-5kg Zulauf pro 1 Katalysator in der Stunde bei einem Bruttoumwandlungsgrad je Durchgang von mindestens 40 Ma.-%.
22. Katalysatormischung, gekennzeichnet durch einen modifizierten Zeolithen mit einer Einheitszellengröße unter 24,45A, einen bei steigenden SiO2/AI2O3-Molverhältnissen mindestens gleichbleibenden Kristallinitätsgrad, ein Wasseradsorptionsvermögen (bei 25°C und einem p/Po-Wert von 0,2) von mindestens 8 Ma.-% des modifizierten Zeolithen und ein Porenvolumen von mindestens 0,25 ml/g, wobei 10 bis 60% des Gesamtporenvolumensaus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8nm besteht, einen amorphen Spaltbestandteil, ein Bindemittel und mindestens einen Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe Vl und/oder mindestens einen Hydrierbestandteil aus einem Metall der Gruppe VIII, wobei 50—90Ma.-% des Katalysators aus modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil und 10-50 Ma.-% aus Bindemittel besteht.
23. Katalysatormischung nach Anspruch 22, gekennzeichnet dadurch, daß 60-85 Ma.-% des Katalysators aus modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil und 15 bis 40 Ma.-% aus Bindemittel besteht.
24. Katalysatormischungen nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet dadurch, daß 10-40% des Gesamtporenvolumens des modifizierten Y-Zeolithen aus Poren mit einem Mindestdurchmesser von 8nm besteht.
25. Katalysatormischung nach Anspruch 22-24, gekennzeichnet dadurch, daß der modifizierte Y-Zeolith ein Wasseradsorptionsvermögen von 10-15 Ma.-% des modifizierten Zeolithen hat.
26. Katalysatormischung nach Anspruch 22-25, gekennzeichnet dadurch, daß der modifizierte Y-Zeolith eine Einheitszellengröße unter 24,40Ä und speziell unter 24,35Ä hat.
27. Katalysatormischung nach Anspruch 22-26, gekennzeichnet dadurch, daß der Anteil an modifiziertem Y-Zeolith 10-75% der Gesamtmenge an modifiziertem Y-Zeolithen und amorphem Spaltbestandteil beträgt.
28. Katalysatormischung nach Anspruch 22-27, gekennzeichnet dadurch, daß der amorphe Spaltbestandteil auf Silika basiert.
29. Katalysatormischung nach Anspruch 22-28, gekennzeichnet dadurch, daß der modifizierte Y-Zeolith ein SiO2/AI2O3-Molverhältnis von 4-25 und speziell von 8-15 aufweist.
30. Katalysatormischung nach Anspruch 22-29, gekennzeichnet dadurch, daß der Katalysator zu 0,05-10 Ma.-% aus Nickel und zu 2-40 Ma.-% aus Wolfram besteht, berechnet als Metalle pro 100 Masseteile Gesamtkatalysator.
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