EP0210514A2 - Verfahren zur Hydrierung olefinischer Kohlenwasserstoffe in tert.-Alkyl-alkylether enthaltenden Kohlenwasserstoffgemischen - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G45/00—Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
Definitions
- the present invention relates to a process for the hydrogenation of olefinic hydrocarbons which are in a mixture with tert-alkyl alkyl ethers and, if appropriate, other saturated aliphatic or aromatic hydrocarbons, the tert-alkyl alkyl ethers being largely retained, and to the use of these Hydrogenating mixtures.
- tertiary alkyl alkyl ethers the best known of which are methyl tertiary butyl ether (MTBE) and tertiary amyl methyl ether (TAME), can be added to the motor spirit.
- MTBE methyl tertiary butyl ether
- TAME tertiary amyl methyl ether
- Such ethers are generally prepared by etherification of tertiary alkenes in gasoline cuts and other suitable starting materials with lower alkanols on acidic catalysts, such as cation exchangers, sulfuric acid and other acidic catalysts.
- the resulting ether-containing reaction mixtures contain even larger amounts of olefinic hydrocarbons, which impair the quality of these mixtures as gasoline additives, especially if they are to be added to unleaded gasoline.
- tert-alkyl alkyl ethers on acidic catalysts which in addition to acidic cation exchangers also include mordenites, zeolites, various A1 2 0 3 modifications, various Si0 2 modifications and others, from a reaction temperature of 90 ° C. in Alkanols and tert-alkenes are cleaved back.
- oligomeric tertiary alkenes can also be cleaved over acidic catalysts, for example those mentioned.
- Elements of the 6th, 7th or 8th subgroup of the Periodic Table of the Elements are suitable as the hydrogenation-active component.
- the platinum metals especially platinum and / or palladium, very particularly palladium, are used in a concentration of 1-50 g / l catalyst, especially 5-20 gll catalyst.
- the other metals mentioned which are not among the platinum metals can also be used in bound form.
- Substances whose specific surface area) is 50 m 2 / g catalyst, but particularly) 100 m 2 / g catalyst and whose pore diameter is predominantly ⁇ 1000 nm, but particularly predominantly ⁇ 200 nm, can be used as carrier material for the hydrogenation catalysts to be used according to the invention.
- Such substances can, for example, be predominantly neutral aluminum silicates, kieselguhr, A1 2 0 3 , coal, etc. if they meet the above conditions. Kieselguhr and A1 2 0 3 are particularly suitable.
- the hydrogen partial pressure is generally set at 1-100 bar, preferably 2-40 bar, particularly preferably 5-30 bar.
- Suitable starting materials for the process according to the invention are those which contain tert-alkyl alkyl ethers in addition to olefinic, paraffinic, naphthenic or aromatic hydrocarbons and, if appropriate, minor amounts of diolefins.
- Such mixtures are obtained, for example, when gasoline cuts, for example from a steam cracker, a fluid catalyst cracker (FCC) or from dehydrogenation plants are reacted with lower alkanes.
- Particularly suitable gasoline cuts are those which, owing to their C number range, are suitable for later use in gasoline.
- tert-alkyl ethers in such mixtures those are mentioned, for example, the tertiary C 4 -C S alkenes and C l -C 4 alcohols derived.
- excess hydrogen is optionally separated off with accompanying substances such as methane, ethane or nitrogen and other low boilers as residual gas.
- the hydrogenation mixture obtainable according to the invention can also be separated in such a way that a gasoline cut without a tert-alkyl alkyl ether is obtained in a distillation column, from which the residual gas still has to be removed, a pure ether, for example TAME, is obtained as a side stream and small amounts of higher boilers, such as higher ethers and oligomers, remain in the swamp.
- a pure ether for example TAME
- the starting material for all experiments described below was a C 5 -C 6 hydrocarbon fraction from a prehydrogenated pyrolysis gasoline, which had been subjected to etherification with methanol and consequently contained tert-amyl methyl ether (TAME) and tert-hexyl methyl ether.
- This feed material had the following characteristic compositional characteristics:
- FIG. 1 hydrogenation in the trickle phase
- FIG. 2 gas phase hydrogenation
- FIG. 3 hydrogenation in the liquid phase
- the feed material was transported from a graduated insert vessel (1) by means of a piston pump (2) via the preheater (3) into the hydrogenation reactor (4).
- the hydrogenation catalyst 250 ml was arranged as a fixed bed and was enclosed up and down by a pack of ceramic balls (each 50 mm long).
- the hydrogen (7) (approx. 80 vol. XH 2 , approx. 20 vol. X CH 4 ) was metered into the feed before the preheater (3).
- the hydrogenated product reached the separator (6) via the cooler (5).
- the amount of exhaust gas (8) (predominantly H 2 and CH 4 ) was 200 Nl / h.
- a circuit line (9) was additionally used to recirculate part of the residual H 2 gas (8) accumulating in the separator (6) to the fresh hydrogen (7).
- the preheater (3) was also used as an evaporator and the cooler (5) was also used as a condenser.
- the hydrogenation reactor (4) was flown from below. Valves and measuring and control devices known to the person skilled in the art are not shown in FIGS. 1, 2 and 3.
- reaction pressure was adjusted to 2 bar at 100 ° C reactor temperature and to 5 bar at 150'C reactor temperature.
- the amount of circulating gas in the gas phase hydrogenation was 500 Nl / h.
- the mode of action of the hydrogenation was assessed for the reactor temperatures of 100 and 150 ° C. after the hydrogenation of the alkenes in the feedstock by the bromine number and the TAME content.
- the catalysts used for the hydrogenation are listed in Table 1.
- the results for the particular hydrogenation depending on the catalysts listed in Table 1 are summarized in Table 2.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung olefinischer Kohlenwasserstoffe, die sich im Gemisch mit tert.-Alkyl-alkylethern und gegebenenfalls anderen gesättigten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen befinden, wobei die tert.-Alkyl-alkylether weitgehend erhalten bleiben, sowie die Verwendung der bei dieser Hydrierung anfallenden Gemische.
- Zur Erhöhung der Oktanzahl können den Fahrbenzinen tert.-Alkyl-alkylether zugesetzt werden, deren bekannteste Vertreter Methyl-tert.-butylether (MTBE) und tert.-Amyl- methylether (TAME) sind. Solche Ether werden im allgemeinen durch Veretherung tertiärer Alkene in Benzinschnitten und anderen geeigneten Ausgangsstoffen mit niederen Alkanolen an sauren Katalysatoren, wie Kationenaustauschern, Schwefelsäure und anderen sauren Katalysatoren hergestellt.
- Die hierbei entstehenden etherhaltigen Reaktionsgemische enthalten noch größere Mengen olefinischer Kohlenwasserstoffe, die die Qualität dieser Gemische als Fahrbenzin-Zusätze beeinträchtigen, insbesondere wenn sie unverbleitem Benzin zugesetzt werden sollen. Durch eine hydrierende Behandlung solcher etherhaltiger Reaktionsgemische konnte eine deutliche Qualitätsverbesserung erwartet werden, beispielsweise eine Erhöhung der Motor-Oktanzahl (MOZ), eine Verringerung der Sensitivity (= Abstand zwischen MOZ und Resarch-Oktanzahl (ROZ)) und eine Verbesserung ihrer Lagerfähigkeit.
- Zur Hydrierung von Olefinen oder olefinhaltigen Kohlenwasserstoffgemischen sind zahlreiche Verfahren bekannt, bei denen verschiedene Katalysatoren eingesetzt werden. Diese Hydrierkatalysatoren besitzen als hydrieraktive Komponente eines oder mehrere Elemente der 6., 7. oder 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente in elementarer oder gebundener Form, die mit verschiedenen Zusätzen dotiert sein können, um bestimmte Katalysatoreigenschaften, wie Verlängerung der Lebensdauer, Resistenz gegen bestimmte Katalysatorgifte, Erhöhung der Selektivität oder eine bessere Regenerierbarkeit zu erlangen. Solche Hydrierkatalysatoren enthalten die hydrieraktive Komponente vielfach auf Trägern, wie Mordeniten, Zeolithen, A1203-Modifikationen, SiO2-Modifikationen und anderen. Zur weitgehenden Hydrierung der Olefine werden im allgemeinen Reaktionstemperaturen von 150-250'C angewandt.
- Andererseits ist es bekannt, daß tert.-Alkyl-alkylether an sauren Katalysatoren, zu denen neben sauren Kationenaustauschern auch Mordenite, Zeolithe, verschiedene A1203-Modifikationen, verschiedene Si02-Modifikationen und andere gehören, schon ab 90°C Reaktionstemperatur in Alkanole und tert.-Alkene zurückgespalten werden. Weiterhin ist es bekannt, daß oligomere tertiäre Alkene ebenfalls an sauren Katalysatoren, beispielsweise den genannten, gespalten werden können.
- Es wurde nun ein Verfahren zur Hydrierung von olefinischen Kohlenwasserstoffen in Gemischen mit tert.-Alkyl-alkyl- ethern und gegebenenfalls anderen gesättigten aliphatischen, naphthenischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen bei weitgehender Erhaltung der Ether gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Katalysator verwendet wird, der eine hydrieraktive Komponente auf einem Katalysatorträger mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g und einem Porendurchmesser von überwiegend ( 1000 nm besitzt.
- Als hydrieraktive Komponente kommen Elemente der 6., 7. oder 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente in Betracht, wie Molybdän, Rhenium, Eisen, Kobalt, Nickel oder die Platinmetalle. Die Platinmetalle, besonders Platin und/oder Palladium, ganz besonders Palladium, werden in einer Konzentration von 1-50 g/l Katalysator, besonders 5-20 gll Katalysator eingesetzt. Die übrigen genannten Elemente, besonders Kobalt, Nickel und/oder Molybdän, ganz besonders Nickel, werden in einer Konzentration der hydrieraktiven Komponente, gerechnet als Metall, von 200-800 g/l, besonders 300-700 g/1 Katalysator eingesetzt. Die nicht zu den Platinmetallen zählenden anderen genannten Metalle können auch in gebundener Form eingesetzt werden.
- Als Trägermaterial für die erfindungsgemäß einzusetzenden Hydrierkatalysatoren können Stoffe verwendet werden, deren spezifische Oberfläche ) 50 m2/g Katalysator, besonders aber ) 100 m2/g Katalysator und deren Porendurchmesser überwiegend < 1000 nm, besonders aber überwiegend < 200 nm ist.
- Solche Stoffe können beispielsweise überwiegend neutrale Aluminiumsilikate, Kieselgure, A1203, Kohle usw. sein, wenn sie die obigen Bedingungen erfüllen. Kieselgure und A1203 sind besonders geeignet.
- Weiterhin sind Trägermaterialien, wie Si02 oder saure Aluminiumsilikate geeignet, wenn sie mit Alkali- oder Erdalkali-Verbindungen dotiert sind. Als Konzentration von Alkali- oder Erdalkali-Verbindungen kommen 0,01-1 Äquivalente, bevorzugt 0,02-0,2 Äquivalente Alkali-/Erdalkalimetall pro Liter Katalysator in Frage. Auch die oben genannten überwiegend neutralen Träger können eine solche Dotierung erhalten.
- Die erfindungsgemäße Hydrierung ist sowohl in der Rieselphase als auch in der flüssigen bzw. gasförmigen Phase möglich und wird im allgemeinen bei einer Temperatur von 50-200°C, bevorzugt 80-180°C, besonders bevorzugt 100-150°C durchgeführt.
- Der Wasserstoff-Partialdruck wird im allgemeinen bei 1-100 bar, bevorzugt 2-40 bar, besonders bevorzugt 5-30 bar eingestellt.
- Als Wasserstoff kann reiner Wasserstoff, technischer Wasserstoff oder in petrochemischen Anlagen vorhandenes wasserstoffhaltiges Restgas eingesetzt werden. Der Wasserstoffgehalt beträgt darin 70-100 X, vielfach auch etwa 80 bis etwa 90 X. Die im technischen Wasserstoff und in wasserstoffhaltigen Restgasen vorhandenen Verunreinigungen sind beispielsweise Stickstoff, Methan oder Ethan. Die Menge des Wasserstoffs wird im erfindungsgemäßen Verfahren so eingestellt, daß der Grad der restlichen Ungesättigtheit dem gewünschten Wert entspricht. Zu dieser Erreichung des restlichen Grades an Ungesättigtheit wird auch die Reaktionstemperatur und/oder die Verweilzeit im Hydrierreaktor in einer dem Fachmann bekannten Weise herangezogen; hierbei kann vielfach mit WasserstoffÜberschuß gearbeitet werden, der nach der Hydrierreaktion entfernt oder als Kreisgas gefahren wird. Der restliche Grad an Ungesättigtheit wird durch die Bromzahl in g Br2/100 g Kohlenwasserstoffgemisch gemessen. Bromzahlen von über 50, selbst über 70 g Br2/100 g Kohlenwasserstoffgemisch lassen sich erfindungsgemäß über alle denkbaren Zwischenwerte bis zu Werten von unter 5, sogar bis herab zu ( 0,01 g Br2/100 g Kohlenwasserstoffgemisch drücken. Hierbei wird der Gehalt an tert.-Alkyl-alkylether weitgehend erhalten. Als weitgehendes Erhalten sei beispielsweise die Erhaltung von mindestens 90% des ursprünglichen Gehalts an Ether, in vielen Fällen mehr als 96 X des Ethers verstanden.
- Die Katalysatorbelastung im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 1-5 1 des eingesetzten Materials pro 1 Katalysator und Stunde für das Arbeiten in der Flüssig- und Rieselphase. Für das Arbeiten in der Gasphase beträgt die Katalysatorbelastung 2-3 1/1 Katalysator und Stunde.
- Die entstehende Reaktionswärme kann durch Kühlung des Reaktors oder durch die fühlbare Wärme des Reaktionsproduktes abgeführt werden. Zur Vermeidung von Temperaturspitzen kann das Einsatzmaterial durch Rückführung eines Teils des hydrierten Produktes zum Einsatzmaterial verdünnt werden.
- Als Einsatzmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren kommen solche in Betracht, die tert.-Alkyl-alkylether neben olefinischen, paraffinischen, naphthenischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen und gegebenenfalls untergeordneten Mengen an Diolefinen enthalten. Solche Gemische erhält man beispielsweise, wenn Benzinschnitte, z.B. aus einem Steamcracker, einem Fluid Catalyst Cracker (FCC) oder aus Dehydrierungsanlagen mit niederen Alkanen umgesetzt werden. Als Benzinschnitte kommen insbesondere solche in Frage, die sich aufgrund ihres C-Zahl-Bereiches für einen späteren Einsatz im Fahrbenzin eignen. Als tert.-Alkyl-alkylether in solchen Gemischen seien beispielsweise solche genannt, die sich von tertiären C4-CS-Alkenen und Cl-C4-Alkoholen ableiten. Insbesondere seien die Ether der tertiären C4-C6-Alkene mit Methanol, insbesondere die der tertiären CS-C6-Alkene mit Methanol genannt.
- Nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gegebenenfalls überschüssiger Wasserstoff mit Begleitstoffen, wie Methan, Ethan oder Stickstoff sowie anderen Leichtsiedern als Restgas abgetrennt.
- Das nach der Abtrennung eines Restgases vorliegende erfindungsgemäße Hydrierprodukt kann als Fahrbenzin-Zusatz verwendet werden. Die Erfindung betrifft daher ausdrücklich auch diese Verwendung.
- Selbstverständlich kann die Auftrennung des erfindungsgemäß erhältlichen Hydriergemisches auch so erfolgen, daß in einer Destillationskolonne ein Fahrbenzinschnitt ohne einen tert.-Alkyl-alkylether erhalten wird, aus dem das Restgas noch entfernt werden muß, als Seitenstrom ein reiner Ether, beispielsweise TAME, erhalten wird und im Sumpf geringe Mengen an Höhersiedern, wie höhere Ether und Oligomere zurückbleiben.
- Die vorliegende Erfindung wird durch folgenden Beispiele erläutert. Hierbei werden übliche Hydrierapparaturen verwendet (Figur 1, 2 und 3). Der Versuchsaufbau war für die Hydrierungen prinzipiell gleich; unterschiedlich war lediglich die Strömungsrichtung durch den Hydrierreaktor, die im Falle der Flüssigphasenhydrierung von unten nach oben und in den Fällen der Gasphasen- und der Rieselphasenhydrierung von oben nach unten eingestellt wurde.
- Einsatzmaterial für alle nachfolgend beschriebenen Versuche war eine C5-C6-Kohlenwasserstofffraktion aus einem vorhydrierten Pyrolysebenzin, die der Veretherung mit Methanol unterworfen worden war und demzufolge tert.-Amyl-methylether (TAME) und tert.-Hexyl-methylether enthielt. Dieses Einsatzmaterial wies folgende charakteristische Zusammensetzungsmerkmale auf:
- Die Versucheapparatur (Fig. 1: Hydrierung in der Rieselphase, Fig. 2: Gasphasen-Hydrierung und Fig. 3: Hydrierung in der Flüssigphase) setzte sich als folgenden Aggregaten zusammen:
- Aus einen graduierten Einsatzgefäß (1) wurde das Einsatzmaterial mittels einer Kolbenpumpe (2) über den Vorwärmer (3) in den Hydrierreaktor (4) transportiert. Dieser bestand aus einem thermostatisierten Doppelmantel mit folgenden Abmessungen: Innendurchmesser 25 mm und Länge 750 mm. Der Hydrierkatalysator (250 ml) wurde als Festbett angeordnet und wurde von einer Packung Keramikkugeln nach oben und nach unten eingeschlossen (jeweils 50 mm Länge). Der Wasserstoff (7) (ca. 80 Vol.-X H2, ca. 20 Vol.-X CH4) wurde dem Einsatzmaterial vor dem Vorwärmer (3) zudosiert. Das hydrierte Produkt gelangte über den Kühler (5) in den Abscheider (6). Die Abgasmenge (8) (vorwiegend H2 und CH4) lag bei 200 Nl/h.
- Abweichend von dieser Beschreibung wurde bei Versuchen mit Rückverdünnung des Einsatzmaterials das Einsatzmaterial mit hydriertem Produkt im Verhältnis 2 Teile Einsatzmaterial zu 1 Teil hydriertem Produkt verschnitten.
- Bei der Gasphasenhydrierung wurde zusätzlich eine Kreislaufleitung (9) zur Rezirkulation eines Teils des im Abscheider (6) anfallenden H2-Restgases (8) zum Frischwasserstoff (7) eingesetzt. Bei dieser Variante wurde der Vorwärmer (3) zusätzlich als Verdampfer und der Kühler (5) zusätzlich als Kondensator eingesetzt. Bei der Hydrierung in der Flüssigphase wurde der Hydrierreaktor (4) von unten angeströmt. Dem Fachmann bekannte Ventile sowie Meß- und Regeleinrichtungen sind in Fig. 1, 2 und 3 nicht dargestellt.
- Bei der Flüssig- und der Rieselphasenhydrierung wurden bei allen eingesetzten Katalysatoren folgende Reaktionsbedingungen eingestellt:
- Temp. des Einsatzmaterials 60°C und
- maximale Reaktortemperatur 100°C
- bzw.
- Temp. des Einsatzmaterials 100°C und
- maximale Reaktortemperatur 150'C
- Reaktionsdruck 25 bar
- H2-Abgas 200 Nl/h
- Katalysatorbelastung (ausgedrückt als liquid hourly space velocity LHSV) 2 1/1 Katalysator.h
- Bei der Gasphasenhydrierung wurde abweichend hiervon der Reaktionsdruck auf 2 bar bei 100°C Reaktortemperatur und auf 5 bar bei 150'C Reaktortemperatur eingestellt. Die Kreisgasmenge betrug bei der Gasphasenhydrierung 500 Nl/h.
- Die Wirkungsweise der Hydrierung wurde für die Reaktortemperaturen von 100 bzw. 150°C nach der Hydrierung der Alkene im Einsatzmaterial durch die Bromzahl und den TAME-Gehalt beurteilt. Die für die Hydrierung eingesetzten Katalysatoren sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die Ergebnisse für die jeweilige Hydrierung in Abhängigkeit von den in Tabelle 1 genannten Katalysatoren sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.
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