DE2161565A1 - Neuer Katalysator zur Hydrierung von Kohlenwasserstoffen, dessen Herstellung und Verwendung - Google Patents
Neuer Katalysator zur Hydrierung von Kohlenwasserstoffen, dessen Herstellung und VerwendungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators, der sich insbesondere zur selektiven
Hydrierung von Pyrolyse-Benzin eignet, welches reich an Schwefelverbindungen ist, insbesondere an sauren Schwefelverbindungen,
wie Thiolen; dieser Katalysator enthält mindestens ein Metall der Gruppe VIII und ein Metall der Gruppe
VI A, welches auf einen Träger aus Übergangs-Aluminiumoxid niedergeschlagen ist.
Es ist bekannt, dass Pyrolyse-Produkte , wie z.B. Gas-Öle, Kerosine, und insbesondere die Pyrolyse-Benzine, d.h. die
Benzine, welche nach den Verfahren der Dampf-Kräckung, Verkoken, "Visbreaking " etc. hergestellt wurden, stark ungesättigte
Verbindungen enthalten, z.B. Diolefin- und Styrol-
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Kohlenwasserstoffe, welche zur Harzbildung neigen und diese
Benzine zur Weiterverwendung ungeeignet macht. Ein Teil dieser Benzine, wie diejenigen, welche durch Verkoken,
11 Vis breaking " oder Dampf-Krackung von schweren Fraktionen
(z.B. Gas-Ölen) erhalten werden, haben einen starken Gehalt an Schwefelverbindungen (bis zu 5 000 ppm bezogen
auf das Gewicht des Schwefels), wobei ein nicht zu vernachlässigender Teil dieser Stoffe in Form von Mercaptanen
vorliegt (mitunter bis zu etwa 1 000 ppm).
Diese verschiedenen Pyrolyse-Benzine können verwertbar gemacht werden, indem man die Diolefin- und Styrol-Verbin-
w düngen selektiv zu den entsprechenden Monoolefinen bzw.
Alkylaromaten hydriert. Es gibt zahlreiche Verfahren zur Behandlung von Benzinen, die aus der Dampf-Kräckung von
Naphtha stammen, wobei der Gesamtgehalt an Schwefel kaum 1000 ppm überschreitet, während der Gehalt an saurem Schwefel
niemals über 50 ppm beträgt. Diese Verfahren verwenden im
allgemeinen Katalysatoren auf Basis von Nickel oder Palladium und eignen sich nicht zur Behandlung von Benzinen, die
reich an Schwefel vom Mercaptan-Typ sind. Manche Verfahren verwenden Katalysatoren mit einem Metall der Gruppe VIII
und einem Metall der Gruppe VI A, welche auf Sulfid-Schwefel
einwirken. Diese Katalysatoren werden zwar im allgemeinen zur Hydrierung von Benzinen verwendet, die reich an saurem
Schwefel sind; jedoch sind sie weniger aktiv und weniger stabil als die entsprechenden Katalysatoren auf Basis von
Nickel oder Palladium, die zur Hydrierung von Benzinen der Dampf-Kräckung verwendet werden, welche weniger sauren
Schwefel enthalten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysator, mit dem man Pyrolyse-Benzine hydrieren kann, die reich an
saurem Schwefel sind, d.h. die einen Mercaptan-Gehalt von über 50 ppm (Gewichtsteile) haben, und zwar unter milden
Bedingungen (insbesondere tiefen Temperaturen) und mit einer Lebensdauer, die praktisch die gleiche ist wie bei den Ben-
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zinen der Dampf-Krackung, welche wenig sauren Schwefel enthalten.
Zur Herstellung des erfindungsgemässen Katalysators geht man
von einem Träger aus, der aus einem Ubergangs-Aluminiumoxid besteht und z.B. in Form von Kügelchen, Presslingen,Grobschrot,
Pastillen, etc. vorliegt; er ist durch eine spezifisehe
Oberfläche von 120 bis 500 m /g, vorzugsweise 150 bis
4-00 m /g und ein poröses Gesamtvolumen von 0,2 bis 0,9 cmVg, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 cmVg gekennzeichnet. Dieses Aluminiumoxid
wird nun mittels einer Lösung eines löslichen Nickel- oder Kobaltsalzes imprägniert, z.B. mit den Nitraten,
Chloriden, Formiaten etc., und zwar in einer solchen Weise, dass der damit imprägnierte Träger zwei bis zehn Gewichtsprozent
Nickel bzw. Kobalt (als Oxid berechnet) enthält. Der auf diese Weise erhaltene Feststoff wird dann getrocknet
und in Gegenwart von Luft kalziniert, z.B. in einer Luftatmosphäre oder in einem Luftstrom; hierbei beträgt die
Temperatur vorzugsweise 700 bis 85O°C, die Dauer beträgt z.B. 1 bis 6 Stunden. Nach dem Abkühlen arbeitet man in
geeigneter Weise, z.B. durch Imprägnieren, Verkneten oder gemeinsame Ausfällung, eine Nickel- oder Kobalt-Verbindung
z.B. ein Salz, wie das Nitrat oder Formiat des Nickels bzw. Kobalts, sowie eine Verbindung eines Metalls der Gruppe VI A,
z.B. ein Salz, wie das Ammonium-Molybdat bzw. -Wolframat,
in die Masse ein. Diese prozentuale Gewichtsmenge der gesamten niedergeschlagenen Metalloxide im Verlauf dieser zwei Stufen
(NiO, CoO plus MoO, bzw. WO,) beträgt vorzugsweise 5 bis 50 %.
Die relativen Mengen der Metalloxide der Gruppen VI und VIII können z.B. wie folgt sein: Für die Oxide der Metalle der
Gruppe VIII 10 bis 50 Gew.-%, für die Oxide der Metalle der Gruppe VI A 50 bis 90 Gew.-%. In der zweiten Verfahrensstufe
können die zwei Salze gleichzeitig oder nacheinander eingearbeitet
werden. Der auf diese Weise erhaltene Katalysator wird nun getrocknet und bei einer Temperatur von z.B. 4-00
bis 600°C kalziniert. Zur Verwendung in der Hydrierung muss
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der Katalysator noch einer Präsulftirierung unterworfen wei*den,
die im allgemeinen in situ durchgeführt wird. Für diese Vorbehandlung kann man einen Gasstrom verwenden, der neben
Wasserstoff und/oder einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff oder Methan, ein bis zehn Volumenprozent Schwefelwasserstoff
enthält; man arbeitet bei einer Temperatur von 200 bis 5000C,
die Reaktionsdauer muss ausreichend zur Umwandlung von mindestens dem grössten Teil der Metalloxide der Gruppe VIII
und der Gruppe VI A in die entsprechenden Sulfide sein (d.h. z.B. NiO und CoO in Ni2S0 und CoQSQ und MoO, sowie WO2 in
0 *- y ο y \)
MoS2 und WS2).
Der endgültige Katalysator hat eine spezifische Oberfläche, die im allgemeinen kleiner als diejenige des Ausgangs-
Aluminiumoxids ist, vorzugsweise zwischen 120 und 300 m /g. Die Reaktionsbedingungen der Hydrierung werden so ausgewählt,
dass eine praktisch vollständige Hydrierung der diolefinischen
und der Styrol-Kohlenwasserstoffe sichergestellt ist, wobei die Polymerisation und die Ablagerung der dabei gebildeten
Harze vermieden werden muss. Der Gesamtdruck liegt im allgemeinen zwischen 20 und 60 kg/cm , die Temperatur bei 50 bis
2500C, die V.V.H. (Raumgeschwindigkeit = stündlicher Flüssigkeitsdurchfluss
in Volumenteilen pro Volumeneinheit des Katalysators) zwischen 0,5 und 5? vorzugsweise zwischen 1 und
2,5; die für eine Charge erforderliche Wasserstoffmenge beträgt
zwischen 0,2 und 2 Mol pro Mol der flüssigen Charge. Man arbeitet mit einem oder mehreren festen Katalysatorbetten.
Diese Reaktionsbedingungen erlauben es, den grössten Teil der Charge in flüssiger Phase zu halten, was zu einem leichteren
Auswaschen der Harze führt, die sich gegebenenfalls im Benzin befinden oder im Reaktor gebildet haben können.
In den folgenden Beispielen, die nicht als Einschränkung ge
wertet werden sollen, ist die Erfindung näher erläutert.
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Nan stellt sechs Katalysatoren nach den folgenden Methoden
Katalysator A: Ein Träger aus Übergangs-Aluminiumoxid mit
einer spezifischen Oberfläche (BET) von 250 m /g
und einem porösen Gesamtvolumen von 0,6 cmvg wird mit einer wässrigen Nickelnitratlösung
imprägniert, so dass er 20 Gew.-% Nickeloxid enthält. Dann wird der Katalysator getrocknet,
sowie 2 Stunden bei 5000O kalziniert. Nun behandelt
man ihn 5 Stunden bei einer Temperatur von 300°G mit einem Schwefelwasserstoffstrom,
der im Verhältnis von 2 Vo1.-% mit Wasserstoff verdünnt ist. Spezifische Oberfläche: 200 m /g.
gleiche Träger wie beim Katalysator A wird mit einer Mischung aus Nickelnitrat- und
Ammonium-Paramolybdat-Lösung imprägniert, sodass
er 10 Gew.-% NiO und 10 Gew.-% MoOx enthält.
Der Katalysator wird dann getrocknet, kalziniert und in gleicher Weise sulfuriert, wie der
Katalysator A. Spezifische Oberfläche: 190 m /g.
B^: ΰβΓ gleiche Träger wie bei den Katalysatoren
A und B wird mit einer Nickelnitrat-Lösung imprägniert, sodass er 5 Gew.-% NiO enthält;
dann trocknet man und kalziniert 2 Stunden bei 8000C. Man lässt abkühlen und arbeitet dann
weiter wie beim Katalysator B, d.h. man impräg niert mit 5 Gew.-% NiO und 10 Gew.-% MoO,,
worauf man kalziniert, trocknet und wie oben beschrieben sulfuriert. Spezifische Oberfläche
195 m2/g-
3L.G.l: Die Herstellung erfolgt in gleicher
Weise wie bei den Katalysatoren B und B1;
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jedoch, imprägniert man mit 8,5 Gew.-% Wolframoxid
WO^ anstelle des Molybdänoxids MoO,.
Die Imprägnierung erfolgt mit Nickelnitrat und Ammonium-Parawolframat. Die spezifischen Oberflächen
der Katalysatoren C und C betragen 226 m2/g bzw. 201 m2/g.
5§25i Die Herstellung erfolgt wie beim Katalysator
C, jedoch wird die erste Imprägnierung mit 5 Gew.-^ Kobaltoxid
(CoO) anstelle, von Nickeloxid durchgeführt. Spezifische
Oberfläche: 200 m2/g.
Zur Erprobung der Aktivität und Stabilität dieser verschiedenen
Katalysatoren verwendet man den beschleunigten Alterungstestr,
der wie folgt durchgeführt wird:
Die zu hydrierende Charge enthält Isopren, welches im Verhältnis von 10 Mol-% mit Benzol verdünnt ist. Zur Bestimmung der
Widerstandsfähigkeit des Katalysators gegenüber Mercaptanen gibt man Äthylmercaptan zu (1000 ppm, berechnet auf das, Gewicht
des Schwefels). Die Reaktionsbedingungen sind wie folgt:
Temperatur : 100°C
Druck : 50 Bar
VVH (Volumen der Charge/Kat.-
Volumen/Stunde) : 6
H2/Charge (Reaktoreingang) : 1 Mol/Mol
Der Test wird etwa 20 Stunden durchgeführt. Man erhält die in der Tabelle I wiedergegebenen Ergebnisse:
209829/0881
Umwandlung Isopren nach
'Katalysator
2 Stunden
5 St. j 10 St.
15 St.
20 St.
34,5
25,1
9,6
nicht
messbar
messbar
nicht messbar
72,9
66,6 : 56,0
35,0
B'
81,7
80,8 78,9
77,5
76,1
70,2
65,9 ; 59,0
52
45,1
80,5
80,35 i 80
79,8 1 79,4
80,8
80,3 j 79,5
78,6
78,1
In der beigefügten Figur 1 ist auf der Ordinate (A-, ) die
prozentuale Umwandlung des Isoprens aufgetragen, und zwar als Funktion der Versuchsdauer (Stunden). Wie ersichtlich, sind
die in üblicher Weise hergestellten Katalysatoren (A, B, C)
weniger aktiv und weniger stabil. Nur die erfindungsgemäss hergestellten Katalysatoren (B', C, D) haben eine befriedigende
Aktivität und Stabilität.
Bei diesem Versuch behandelt man ein Benzin, welches durch
Verkokung gewonnen wurde und dessen wesentliche Eigenschaften in der folgenden Tabelle angegeben sind:
2038 23/0881
Analyse | Einheiten | Ergebnisse |
Spezifisches Gewicht bei | ||
15°C | g/ml | 0,788 |
Vorhandene Harze nach Wäsche mit Heptan |
mg/100 ml | 144 |
Induktionsperiode | mn | 67 |
Bromindex | g Br2/100 g | 116 |
Maleinsäureanhydrid- Wert (MAV) |
mg MA/g | 53 |
Destillation ASTM | 0C | |
Pt(Anfang) | 74 .'. | |
50 % | 142 | |
Pt (Ende) | 240 | |
Gesamtschwefel | g/100 g | 1,13 |
Mercaptan-Schwefel | ■ ppm | 380 |
Doktor-Test | positiv | |
Gewünschte Octanzahl (NOR) klar |
78 | |
NOH äthyliert auf 0,5 °/oo | 82 |
Wie ersichtlich, ist dieses Benzin für die Weiterverwendung
nicht geeignet. Es kann nicht als Autotreibstoff benutzt
werden, da es zu reich an Diolefinen, Gesamtschwefel und
Mercaptan-Schwefel ist; ausserdem ist seine Octanzahl niedrig. Zur Verbesserung dieses Benzins benötigt man im allgemeinen verschiedene Hydrierungs- und Desulfurierungs-Behandlungen, sowie eine Reformierung. In der ersten Stufe müssen die Diolefine so vollständig wie möglich hydriert werden, sodass man eine geeignete Charge für die abschliessende Hydrodesulfurierung erhält.
werden, da es zu reich an Diolefinen, Gesamtschwefel und
Mercaptan-Schwefel ist; ausserdem ist seine Octanzahl niedrig. Zur Verbesserung dieses Benzins benötigt man im allgemeinen verschiedene Hydrierungs- und Desulfurierungs-Behandlungen, sowie eine Reformierung. In der ersten Stufe müssen die Diolefine so vollständig wie möglich hydriert werden, sodass man eine geeignete Charge für die abschliessende Hydrodesulfurierung erhält.
Diese Behandlung verläuft unter den folgenden Bedingungen:
203829/0881
α? =
1500O
WH = 2
P = 50 kg/cm2 .' H2/Cliarge
= 1 Mol/Mol
In diesem. Beispiel vergleicht man die Katalysatoren B und C
einerseits und B1, C und D andererseits hinsiehtlieh, ihrer
Aktivität und Stabilität. Man arbeitet unter Aufrechterhaltung dieser Reaktionsbedingungen etwa 200 Stunden. Die Aktivität
wird durch die prozentuale Verminderung des MAV-Wertes bestimmt:
MAV-Charee - MAV - Produkt 10Q
MaV-Charge
Die erhaltenen Resultate sind in der Tabelle II zusammengestellt:
N. Dauer XStunferi Kata^ lysator\ |
MAV Ch |
20 | % (2) conv. |
50 | % conv |
100 | % conv |
150 | % conv |
200 | "/ /O :onv |
B | 53 | MAV U)" |
78,2 | MAV P |
74,2 | MAV P |
68 | MAV P |
61,3 | MAV P |
54 Γ6 |
B1 | 53 | 11,05 | 88,8 | 13,65 | 88,1 | 17 | 86,8 | 21,5 | 85,7 | 24,05 | 84,4 |
C | 53 | 6,0 | 76,3 | 6,3 | 73,7 | 7,05 | 69,4 | 7,6 | 65,1 | 8,3 | 60,8 |
C | 53 | 12,6 | 81 | 13,95 | 80,8 | 16,2 | 80,4 | 18,45 | 80 | 20,8 | 79,7 |
D | 53 | 10,1 | 80,7 | 10,2 | 80,5 | 10,45 | 80 | 10,6 | 79,5 | 1O;8 | 79,1 |
10,2 | 10,4 | 10,6 | 10,9 | 11,1 |
(1) MAV =» Maleinsäureanhydrid-Wert (Milligramm Maleinsäure-
anhydrid/G-ramm).
(2) % convv bedeutet die prozentuale Konversion der Diolefine.
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In der anliegenden Figur 2 ist als Ordiante (Ap) die prozentuale Umwandlung der Diolefine und als Abszisse (Bp) die Zeit in
Stunden aufgetragen. Wie ersichtlich., besitzen die erfindungsgemäss
hergestellten Katalysatoren eine bessere Aktivität und
eine viel bessere Stabilität als die bekannten Katalysatoren.
Beispiol
7j\
Es wird ein Benzin behandelt, welches durch Dampf-Krackung
von Gasöl erhalten wurde; seine wesentlichen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Analyse | Einheiten | 1 | g/100 g | Ergebnisse |
Spez. Gewicht bei 150G | g/ml | ppm | 0,848 | |
Vorhandene Harze nach | ||||
Wäsche mit Heptan | mg/100 ml | 50 | ||
Induktionsperiode | mn | % pds | 60 | |
Bromindex | gBr2/100 g | 65 | ||
Maleinsäureanhydridwert | mgMA/g | 95 | ||
Destillation ASTM | 0C | |||
Pt (Anfang | 35 | |||
Pt (Ende) | 205 | |||
Gesamtschwefel | 0,30 | |||
Mercaptan-Schwefel | 150 | |||
NOR klar | 99 | |||
NOR äthyliert auf 0,5 %o | 101 | |||
Zusammensetzung | ||||
Aromaten + Styrole | 69 | |||
Paraffine | 4- | |||
Olefine | 9 | |||
Diolefine | 7 | |||
Cyclodiolefine | 6,5 | |||
Naphthene | 4'5 . | |||
100,0 |
209829/0881
Es soll ein Benzin hergestellt werden, welches als Autobrennstoff
und als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Aromaten geeignet ist. Zu diesem Zweck muss man so vollständig
wie möglich die Diolefine und die Styrole entfernen.
Die Behandlung wird unter den folgenden Reaktionsbedingungen
durchgeführt:
T : 155 C H2/Charge : 0,6 Mol/Mol
VVH : 1,5 Partialdruck H2 : 20 kg/cm2.
P (total) : 50 kg/cm2
In diesem Beispiel wird die Temperatur gemessen, welche nötig ist, dass der MAV des Produkts kleiner als 5 ist. In diesem
Fall ist der aktivste und stabilste Katalysator derjenige, bei dem die Betriebstemperatur und deren Zunahme im Verlauf
des Zyklus am geringsten sind; die mit den verschiedenen Katalysatoren erhaltenen Resultate sind in der Tabelle III
zusammengestellt:
20982 9/0881
- 12 TABELLE III
s . Reaktions- 'v dauer mittlV(Stunden) Temp, des Eeaktors \ (0C) bei denX Katalysatoren ^n |
50 | 100 | 151 | 155 | 200 | 400 | 158,5 | 162 | 1000 | 2000 |
B | 162 | 165 | 169 | 176 | 190 | 208 | ||||
B1 | 153,5 | 15 6 | 160 | 165 | 172 | 178 | ||||
C | 168 | 170 | 17 4 | 178 | 187,5 | 199 | ||||
c | 150,5 | 154 | 158 | 161 | 165 | 168,5 | ||||
D | 166 | 171 |
In der beigefügten Figur 3 ist als Ordinate (A2.) die.mittlere
Temperatur (0C) des Reaktors aufgetragen, welche zur Eliminierung
der Diolefine nötig ist; als Abszisse (B,) ist die Reaktionsdauer in Stunden aufgetragen. Wie beim Beispiel 2
sind auch in diesem Fall die erfindungsgemässen Katalysatoren die aktivsten und stabilsten.
/Patentansprüche;
20982 9/088
Claims (12)
1.) Verfahren zur Herstellung eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass man in der ersten Stufe einen '
Aluminiumoxid-Träger mit einer spezifischen Ober-
fläche von 120 bis 500 m /g und einem porösen Volumen
von 0,2 bis 0,9 cmVg mit der Losung eines Kobaltoder
Nickelsalzes imprägniert, das erhaltenev Produkt trocknet und in Gegenwart von Luft kalziniert und
in einer zweiten Stufe den erhaltenen Feststoff mit einer Verbindung eines Metalls der Gruppe VI A und
einer Nickel- oder Kobalt-Verbindung behandelt, das erhaltene Produkt trocknet und kalziniert und in
einer dritten Stufe den erhaltenen Katalysator mit „ einem Gasstrom behandelt, der Schwefelwasserstoff
enthält.
2.) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Imprägnierung mit Nickel bzw. Kobalt in der ersten Stufe so durchgeführt wird, dass der nach
der ersten Stufe erhaltene Feststoff einen Metallgehalt von 2 bis 10 Gew.-% (als Oxid) hat.
3.) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kalzinierung des in der ersten Stufe erhaltenen Produkts bei einer Temperatur von 700 bis 8500C
stattfindet.
4-.) Verfahren gemäss Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumoxid-Träger eine spezifische Ober-
fläche von 150 bis 400 m /g und ein poröses Volumen von 0,4 bis 0,8 cmVg hat.
5.) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
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dass die Behandlung mit Schwefelwasserstoff in der dritten Stufe bei einer Temperatur von 200 bis 5000C
durchgeführt wird.
6.) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass man als Metall der Gruppe VI A Molybdän oder Wolfram verwendet.
7·) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Behandlung mit einem Metall der Gruppe VI A und mit Nickel bzw. Kobalt in der zweiten Stufe durch
Imprägnierung mit Lösungen von Salzen dieser Metalle bewirkt wird.
8.) Katalysator, hergestellt nach dem Verfahren gemäss
Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gesamtgehalt an katalytischen Metallen von 5 bis 30 % (bezogen auf
das Gewicht des Katalysators, berechnet als Oxide).
9·) Katalysator gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Gesamtmenge der katalytischen Metalle 10 bis 50 Gew.-% Kobalt bzw. Nickel (als Oxide) und 50 bis
90 Gew.-% Metalle der Gruppe VIA (als Oxide) enthält.
10.) Katalysator gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die spezifische Oberfläche 120 bis 300 m /g beträgt.
11.) Verfahren zur selektiven Hydrierung von Pyrolyse-Benzinen
unter Verwendung eines Katalysators gemäss. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte
Gharge mindestens 50 ppm Schwefel in Form von Mercaptanen enthält.
12.) Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
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dass man die Hydrierung bei einer Temperatur von
50 "bis 250 C unter einem Gesamtdruck von 20 bis 60 kg/
"p cm und bei einer VVH von 0,5 bis 5 durchführt.
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Lee rs*e i t e
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7045509A FR2118309A5 (de) | 1970-12-16 | 1970-12-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2161565A1 true DE2161565A1 (de) | 1972-07-13 |
DE2161565B2 DE2161565B2 (de) | 1979-06-13 |
DE2161565C3 DE2161565C3 (de) | 1980-02-28 |
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ID=9065949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR (1) | FR2118309A5 (de) |
GB (1) | GB1314288A (de) |
NL (1) | NL171026C (de) |
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