DD298355A5 - Verfahren zur regenerierung von kaliumpromotierten dehydrierkatalysatoren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von kaliumpromotierten Dehydrierkatalysatoren auf der Basis von Eisenoxid fuer die Synthese von Styren aus Ethylbenzen, die mit zunehmender Einsatzdauer ein Kaliumdefizit aufweisen, in einem beheizten Rohrbuendelreaktor mit nachfolgendem Katalysatorbett. Das Verfahren beinhaltet die simultane Zufuhr von Wasserdampf und einer waeszrigen Loesung einer Kaliumionenverbindung zum Katalysator im Rohrbuendelteil und im nachfolgende Bett in definierter Weise. Anschlieszend erfolgt eine Temperaturbehandlung des Katalysators bei unterbrochener Wasserdampfzufuhr. Das Verfahren fuehrt zu einer erhoehten katalytischen Langzeitstabilitaet des Katalysators.{Wasserdampf; Regenerierung; Dehydrierkatalysator, eisenoxidhaltig; Styren; Rohrbuendelreaktor, kombiniert; Temperung; Langzeitstabilitaet; Kaliumpromotierung; Kaliumionenloesung; Kaliumionenzusatz; Kaliumdefizitausgleich}
Description
Die katatytische Dehydrierung von Ethylbenzen zu Styren ist ein bekanntes großtechnisches Verfahren zur Herstellung von Monomeren für die Kunststoffindustrie. Hierbei wird meist ein Gemisch aus Ethylbenzen und Wasserdampf über einen Katalysator geleitet.
Auf Grund der starken Endothermic der Dehydrierungsreaktion hängt der Umsatzgrad stark von der zugeführten Wärmemenge zum Reaktor ab. In Abhängigkeit von der Wärmezufuhr unterscheidet man generell zwischen dem adiabatischen und isothermen Verfahren, die neben unterschiedlichen Reaktoren (Schachtofen bzw. Rohrbündelreaktor) auch unterschiedliche Reaktionsparameter bedingen.
Aus der Literatur ist bekannt, die Vor· bzw. Nachteile der beiden Verfahren durch ihre teilweise Kombination zu nutzen bzw. abzubauen. So wird in der Schrift DE-AS 1290130 ein Verfahren zur katalytischen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen beschrieben, bei dem hinter einem indirekt beheizten Röhrenofen ein nachfolgendes Katalysatorbett angeordnet ist. Aus der Vielzahl der möglichen Katalysatoren erwiesen sich solche auf der Basis von kaliumpromotierten Eisenoxiden als besonders geeignet. Es wird allgemein angenommen, daß die Alkaliverbindungen, insbesondere die Kaliumverbindungen, sowohl die katalytischen Leistungsparameter des Katalysators verbessern, als auch selbst katalytisch wirken, indem sie eine Reaktion zwischen dem Wasserdampf und den unerwünschten den Katalysator vergiftenden kohlenstoffhaltigen Zwischenprodukten katalysieren.
Obwohl der Katalysator über einen längeren Zeitraum autoregenerativ ist, wird eine periodische Regenerierung notwendig, d. h. es wird bevorzugt Wasserdampf als alleinige Einsatzkomponento für einen kurzen Zeitraum über den Katalysator geleitet. Durch die Bildung von unter den Reaktionsbedingungen flüchtiger.1* Kaliumchlorid kommt es mit fortschreitender Einsatzdauer des Katalysators zu einer zunehmenden Kaliumverarmung (DE-AS 1181694 und DE-AS 1618244), insbesondere im oberen Teil der Katalysatorschüttung, mit negativen Auswirkungen auf seine katalytischen Leistungsparameter und Langzeitstabilität. Das schädigende Chlorid gelangt als Spurenverunreinigung mit dem Einsatzprodukt Ethylbenzen (DE-AS 1618244) und/oder mit dem Wasserdampf auf den Katalysator. Es existieren in der Patentliteratur einige Vorschläg6iurx/orbeugung von Alkaliverlusten bzw. zur Wiederherstellung der ursprünglichen Alkalikonzentration in situ im Katalysator. Der vorgeschlagene Einsatz von Katalsysatoren mit sehr hohen Gehalten an Alkalimetallverbindungen (DE-AS 1181694) sollte sich neben der negativen Beeinflussung der katalytischen Aktivität besonders nachteilig auf ihre physikalischen Eigenschaften auswirken. Besonders auf Grund der erhöhten Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieser Katalysatoren beobachtet man eine Abnahme ihrer mechanischen Festigkeit. Nach DE-AS 1618244 wird erwogen, das Chlorid im Ethylbenzen durch eine chloridadsorbierende Vorschicht und/ oder eine dem Reaktor vorgeschaltete Extraktion zu entfernen. Hierzu ist jedoch ein hoher apparativer Aufwand nötig und es kann nicht ausgeschlossen werden, daß das in den Einsatzprodukten enthaltene Chlorid nach der Sättigung der Vorschicht auf den Katalysator gelangt.
Zur Vermeidung größerer Alkalimetallverluste des Katalysators mit seinerzunehmenden Einsatzdauer wird in der Pater tliteratur (DE-PS 863342 und DE-AS 1181694) seine gelegentliche Auffrischung durch Zugabe von Alkalimetallverbindungen vorgeschlagen. Die Zugabe von Alkalimetall kann beispielsweise zusammen mit dem beim Dehydrierverfahren verwendeten Wasserdampf in Form von Kaliumcarbonat erfolgen (DE-PS 863342).
In der Schrift DE-AS 1181694 existieren Hinweise auf eine Zugabe von Kaliumverbindungen nach einer Auffrischung des Katalysators mit Wasserdampf.
Die Vorschläge in der Patentliteratur geben keine Hinweise auf eine bevorzugte Realkaüsierung der am stärksten kaliumverarmten oberen Schicht der Katalysatorschüttung, die den größten Beitrag zum Gesamtumsatz leistet. Durch die Gefahr einer annähernd gleichmäßigen Verteilung oder sogar einer überproportionalen Kaliumanreicherung im unteren Teil der Katalysatorschüttung, die ein geringeres Kaliumdefizit gegenüber dem Frischkatalysator aufweist, kann es zu durchsatzbegrenzenden Verschmutzungen und Verstopfungen nachfolgender Anlagenteile und/oder zu einer teilweisen Desaktivierung des Katalysators kommen. Weiterhin besteht bei der Anwendung der drei o. g. Patentschriften die Gefahr des Anstiegs des durchsatzbegrenzenden Druckverlustes über der Katalysatorschüttung durch eine teilweise Bildung eines „festen" Verbundes zwischen mehreren Katalysatorsträngen.
Die aufgeführten Regenerierungsverfahren erschließen nicht sämtliche Effektivitätsreserven des Dehydrierungsverfahrens besonders hinsichtlich der Erzielung hoher Leistungsparameter der Katalysatoren über eine längere Einsatzdauer (Langzeitstabilität).
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, die effektive Einsatzzeit von Styrenkatalysatoren in einem Dehydrierungsreaktor, bestehend aus beheizbarem Rohrbündelteil und nachfolgendem Katalysatorbett, wesentlich zu verlängern und die angestrebte günstige Material- und Energieökonomie des Dehydrierungsverfahrens über einen längeren Zeitraum im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen zu ermöglichen.
durch Zugabe einer wäßrigen Lösung einer Kaliumionenverbindung zu entwickeln, daß auf Grund der positiven Beeinflussung der katalytischen Leistungsparameler zu einer höheren Langzoitstabllität des Katalysators führt und die Anreicherung der aufzubringenden Kaliumionenverbindung in der jeweils oberen Schicht der Katalysatorschüttung im Rohrbündelteil und im nachfolgenden Bett ermöglicht.
zwischen der mittleren Rohrbündeltemperatur während der Dehydrierreaktion und einer maximal um 30 Kelvin höheren
in der nachfolgenden Schicht in einem Verhältnis von 20:1 bis 15:1 unter Einhaltung der Massenverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumionen zu Wasserdampf von 1:45 bis 1:20 und des von zugeführten Kaliumionen zu dem im Reaktor befindlichen Katalysator von 1:100 bis 1:40 erfolgt, woran sich nach Beendigung der Kaliumionenzugabe eine einstündige
schrittweisen Wiederbelastung mit Wasserdampf und Ethylbenzen anschließt.
jeweils oberen Schicht der Katalysatorschüttung im beheizten Rohrbündelreaktorteil, die sonst das größere Kaliumdefizit aufweist, und im nachfolgenden Katalysatorbett erfolgt.
als Katalysatorgifte wirken. Als besonders günstig erwiesen sich Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat.
tailweise Reoxydation des Eisenoxides sowie die Beseitigung von kohlenstoff- und kaliumhaltigen Ablagerungen) die gewünschte Fixierung der Kali. ;onen jeweils überwiegend im oberen Teil der Katalysatorschüttung im Rohrbündelreaktorteil und im nachfolgenden Katalysatorbett.
von 20:1 bis 15:1 und seiner anschließenden Temperbehandlung bei der gewählten Regenerierungstemperatur und unterbrochener Wasserdampfzufuhr gelingt überraschenderweise neben dor überwiegenden Fixierung der zugeführten
und Selektivität) und dem Differenzdruck über der Reaktorlänge. Fine genaue zeitliche Vorgabe ist auf Grund der oftmals hinsichtlich des Chloridgehaltes schwankenden Qualität der Einsatzprodukte nicht möglich. Erfahrungsgemäß sollte die
einem beheizbaren Rohrbündelreaktorteil und einem nachfolgenden Katalysatorbett angeordnet sind, anwendbar.
Die überraschenderweise gefundene Fixierung der zugeführten Kaliumionen überwiegend in der am stärksten kaliumverarmten oberen Schicht der Katalysatorschüttung im Rolubündelreaktorteil, die den größten Beitrag zum Gesamtumsatz leistet, sowie die geringere Erhöhung des Kaliumionengehaltes des Katalysators im oberen Teil des nachfolgenden Katalysatorbettes bei Vermeidung umfangreicher Ablagerungen in den dem Reaktor nachfolgenden Anlagenteilen und der gleichzeitige optimale Regenerierungseffekt durch Wasserdampf wirkt der sonst beobachteten drastischen Abnahme der katalytischer! Leistungsparameter bei zunehmender Einsatzdauer des Katalysators bei Aufrechterhaltung eines hohen Ethylb6nzondurchsatzes entgegen. Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens bestehen somit auf Grund der hohen Langzeitstabilität des Katalysators in einer deutlichen Steigerung der Styrenausbeute über seiner gesamten Einsatzdamr bei gleichzeitig sehr guter Material· und Energieökonomie des Dehydrierungsverfahrens.
Die Versuche erfolgen in einem Labordurchflußreaktor, der aus einem von außen beheizten Rohr sowie aus einem in Strömungsrichtung unmittelbar nachfolgenden Rohr besteht. Der Katalysator ruht in beiden Rohren jeweils auf Siebplatten. Die Zudosierung der Einsatzprodukte Ethylbenzen und Wasser erfolgt getrennt aus Vorratsgefäßen kontinuierlich über zwei Mikrodosierpumpen. Die Reaktanden werden verdampft und nach intensiver Vermischung auf die jeweilige Reaktoreintrittstemperatur erhitzt. Das den Reaktor verlassende gasförmige Reaktionsprodukt wird kondensiert, die flüssige Phase von gasförmigen Abprodukten abgetrennt und über ein Scheidegefäß in eine organische und eine wäßrige Phase getrennt. In regelmäßigen Zeitabständen erfolgt eine volumetrische Messung und eine gaschromatographische Analyse der gasförmigen Abprodukte und der organischen flüssigen Phase. Aus den Werten können Umsatz-!Prozentsatz des umgewandelten Ethylbenzens) und Selektivität zu Styren (Prozentsatz der Umsetzung von Ethylbenzen zu Styren) berechnet werden. Die Belastung des Katalysators beträgt 0,21 Ethylbenzene Katalysator) x h, die Katalysatortemperatur im von außen beheizten Rohr 570°C und das Massenmischungsverhältnis von Wasserdampf zu Ethylbenzen 1,2:1. Die Zeitdauer des Katalysatortests umfaßt ca. 100 Stunden.
In Tabelle 1 sind die ermittelten katalytischen Leistungskenndatei- und in Tabelle 2 die Kaliumgehalte von zwei frisch hergestellten Katalysatoren mii denen der entsprechenden Altkatslysatoren, die eine Kaliumverarmung aufweisen, verglichen. Die Ergebnisse in Tabelle 1 dokumentieren die drastische Abnahme der katalytischen Leistungskenndaten mit zunehmender Einsatzdauer und der damit verbundenen zunehmenden Kaliumverarmung der Katalysatoren Die beiden frisch hergestellten Katalysatoren weisen folgende chemische Zusammensetzung . uf (Masseanteil in %):
86,2% Eisenoxid (berechnet als Fe2O3) 8,7% Kalium (berechnet als K2O) 3,8% Kalzium (berechnet als CaO) 1,3% Kupfer (berechnet als CuO)
88,5% Eisenoxid (berechnet als Fe2O3)
1,6% Chromium (berechnet als Cr2O3)
9,9% Kalium (berechnet als K2O).
Der Einsatz des Katalysators 1 erfolgte im von außen beheizten Reaktorrohr, während Katalysator 2 in einem in Strömungsrichtung unmittelbar nachfolgenden Reaktorrohr eingesetzt wurde. Zur Charakterisierung der Kaliumverteilung über der jeweiligen Katalysatorschütthöhe nach erfolgter Regenerierung wurde sie nach Beendigung des katalytischen Tests im Falle des von außen beheizten Reaktorrohres in annähernd vier gleiche Teile und im Falle des nachfolgenden Reaktionsrohres in annähernd 3 gleiche Teile geteilt. In Tabelle 2 sind die ermittelten Kaliumgehalte der Katalysatorstränge aus der jeweiligen oberen und unteren Schir.it sowie die Kaliummenge in der wäßrigen Phase des Kondensates am Reaktorausgang angeführt.
In diesem Beispiel erfolgte die Regenerierung der beiden Altkatalysatoren 1 und 2, die einen Kaliumionengehalt (Angaben in Masseanteil in %) von 3,8 und 8,7% (berechnet als K2O) aufweisen bei 5850C in der Art, daß die Zugabe der Kalilauge mit einem Kaliumionengehalt von 2,1 mol/l simultan zu den Katalysatoren im beheizten Reaktorrohr und im nachfolgenden zweiten Reaktorrohr in einem Verhältnis von 17:1 unter Einhaltung der Massenverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumionen zu Wasserdampf von 1:35 und des von insgesamt zugeführten Kaliumionen zu dem im Reaktor uefindlichen Katalysator von 1:80 erfolgt, woran sich nach Beendigung der Kaliumic nenzugabe eine einstündige Temperbehandlung der Katalysatoren bei der gewählten Regenerierungstemperatur und unterbrochener Wasserdampfzufuhr vor ihrer schrittweisen Wiederbelastung mit Wasserdampf und Ethylbenzen b6i 57O0C zur Ermittlung der resultierenden katalytischen Leistungsparameter anschließt. Die Ergebnisse in Tabelle 1 und 2 bestätigen, daß die sehr gute Fixierung der zugeführten Kaliumionen jeweils im oberen Teil der Katalysatorschüttung zu einer deutlichen Verbesserung der katalytischen Leistungsparameter führt.
In diesem Beispiel erfolgte die Regenerierung unter Verwendung der Reaktor- und Katalysatoranordnung von Beispiel 1 bei 6000C mit Kalilauge (Kaliumion' .igehalt 3,9 mol/l), wobei der Volumenstrom an Kalilauge im Verhältnis von 20:1 simultan auf die Katalysatoren im beheizten Reaktorrohr und im nachfolgenden zweiten Reaktorrohr unter Einhaltung der Massenverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumionen zu Wasserdampf von 1:45 und des von insgesamt zugeführten Kaliumionen zu dem im Reaktor befindlichen Katalysator von 1:40 geleitet wird. Daran schloß sich eine einstündige
Temperbehandlung der Katalysatoren bei 600°C und unterbrochener Wasserdampfzufuhr vor ihrer schrittweisen Wiederbelastung mit Wasserdampf und Ethylbenzen an. Neben einer Verbesserung der bei 57O0C ermittelten katalytischer) Leistungsparameter beobachtet man eine Zunahme des Kaliumionengehaltes im unteren Teil der Katalysatorschüttung im beheizten Reaktorrohr und der Kaliumionenmenge in der wäßrigen Phase des Kondensates.
Die Altkatalysatoren 1 und 2 wurden bei 570°C mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumcarbonat (Kaliumionengehalt: 0,6mol/l) regeneriert, wobei der Volumenstrom der Kaliumsalzlösung in einem Verhältnis von 15:1 simultan auf die Katalysatoren im beheizten Reaktorrohr und im nachfolgenden zweiten Reaktorrohr unter Einhaltung der Massenverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumionen zu Wasserdampf von 1:20 und des von insgesamt zugeführten Kaliumionen zu dem im Reaktor befindlichen Katalysator von 1:100geleitet wird. An die Kaliumionenzufuhr schloß sich eine einstündige Temperbehandlung bei 57O0C an. Die boobachtete Verbesserung der katalytischen Leistungsparameter fällt im Vergleich zu den Ergebnissen im Beispiel 2 etwas geringer bei deutlicher Abnahme der Kaliumionenmenge in der wäßrigen Phase des Kondensates aus.
Die Regenerierung der beiden Altkatalysatoren 1 und 2 erfolgte bei 610°C mit Kalilauge (Kaliumionengehalt 6,2mol/l) unter Einhaltung der Massenverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumioiien zu Wasserdampf von 1:65 und des von insgesamt ζ1 geführten Kaliumionen zu dem im R'.aktor befindlichen Katalysator von 1:35. Unmittelbar nach der Kaliumionenzufuhr begann die Wiederbelastung des Kat?<ysators mit Wasserdampf und Ethylbenzen. Man beobachtet u. a. eine starke Neigung zur Bildung von Aggregaten durch die ν jrher einzel vorliegenden Katalysatorstränge.
Unter Verwendung der Bedingungen von Beispiel 1 erfolgte zusätzlich zu der Bestimmung der katalytischen Leistungsparameter nach 100 Stunden Belastung auch die nach 700 Stunden. Die erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren weisen eine gute katalytische Langzeitstabilität auf.
| Katalysatoren | 2. Rohr | Bei | Umsatz | Selektivität |
| I.Rohr | Frischkatalysator 2 | spiel | in Stoffmengenanteil | in Stoffmengenanteil in% |
| Frischkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | — | 51,8 | 93,2 |
| Altkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | - | 40,8 | 88,1 |
| Altkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | 1 | 44,6 | 91,6 |
| Altkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | 2 | 43,9 | 92,5 |
| Altkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | 3 | 43,5 | 91,0 |
| Altkatalysator 1 | Altkatalysator 2 | 4 | 41,5 | 89,8 |
| Altkatalysator 1 | 5 | 43.9 | 92,1 | |
| Bei | Kaliumionengehalt der Katalysatoren | untere | 2. Rohr | untere | Kaliummenge in der |
| spiel | in Masseanteil in %*' | Schicht | obere | Schicht | wäßrigen Phase des |
| I.Rohr | 4,1 | Schicht | 8,8 | Kondensates in mmol | |
| obere | 5,4 | 9,3 | 9,0 | ||
| Schicht | 3,9 | 9,7 | 8,8 | ||
| 1 | 7,8 | 6,6 | 9,1 | 9,9 | 1,9 |
| 2 | 10,9 | 4,2 | 10,7 | 8,9 | 4.9 |
| 3 | 7,2 | 9,4 | 1.6 | ||
| 4 | 7,6 | 32,8 | |||
| 5 | 7,5 | 2,4 | |||
a berechnet als K1O.
Claims (1)
- Verfahren zur Regenerierung von kaliumpromotierten Dehydrierkatalysatoren auf der Basis von Eisenoxid für die Synthese von Styren aus Ethylbenzen, die mit zunehmender Betriebsdauer ein Kaliumdefizit aufweisen, in situ in einem Reaktor, bestehend aus beheizbarem Rohrbündelteil und nachfolgendem Katalysatorbett, durch Zugabe einer wäßrigen Kaliumhydroxid- oder Kaliumcarbonatlösung zusammen mit Wasserdampf, gekennzeichnet dadurch, dcß die Zugabe der Lösung mit einem Kaliumionengehalt von 0,6mol/l bis 4,0mol/l bei einer Temperatur, die zwischen der mittleren Katalysatortemperatur während der Dehydrierreaktion und einer maximal um 30 Kelvin höheren Temperatur gewählt wird, simultan zum Katalysator im Rohrbündel und in der nachfolgenden Schicht in einem Verhältnis von 20:1 bis 15:1 unter Einhaltung der Masseverhältnisse von insgesamt zugegebenen Kaliumionen zu Wasserdampf von 1:45 bis 1:20 und des von zugeführten Kaliumionen zu dem im Reaktor befindlichen Katalysator von 1:100 bis 1:40 erfolgt, woran sich nach Beendigung der Kaliumionenzugabe eine einstündige Behandlung des Katalysators bei der gewählten Regenerierungstemperatur und unterbrochener Wasserdampfzufuhr vor seiner schrittweisen Wiederbelastung mit Wasserdampf und Ethylbenzen anschließt.Anwendungsgebiet der ErfindungDie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung kaliumpromotierter Dehydrierkatalysatoren auf der Basis von Eisenoxid für die Synthese von Styren aus Ethylbenzen, die mit zunehmender Einsatzdauer gegenüber den Frischkatalysatoren ein Kaliumdefizit aufweisen, in situ in einem Reaktor, bestehend aus beheizbarem Rohrbündelteil und nachfolgendem Katalysatorbett.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD89331662A DD298355A5 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren zur regenerierung von kaliumpromotierten dehydrierkatalysatoren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD89331662A DD298355A5 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren zur regenerierung von kaliumpromotierten dehydrierkatalysatoren |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD298355A5 true DD298355A5 (de) | 1992-02-20 |
Family
ID=5611536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD89331662A DD298355A5 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren zur regenerierung von kaliumpromotierten dehydrierkatalysatoren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD298355A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739071A (en) * | 1993-07-07 | 1998-04-14 | Raytheon Engineers & Constructors, Inc. | Method and apparatus for regeneratinig and stabilizing dehydrogenation catalysts |
-
1989
- 1989-08-10 DD DD89331662A patent/DD298355A5/de unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739071A (en) * | 1993-07-07 | 1998-04-14 | Raytheon Engineers & Constructors, Inc. | Method and apparatus for regeneratinig and stabilizing dehydrogenation catalysts |
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