NO831712L - Isomeriseringsprosess. - Google Patents

Isomeriseringsprosess.

Info

Publication number
NO831712L
NO831712L NO831712A NO831712A NO831712L NO 831712 L NO831712 L NO 831712L NO 831712 A NO831712 A NO 831712A NO 831712 A NO831712 A NO 831712A NO 831712 L NO831712 L NO 831712L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
zeolite
zeolites
catalyst
acid
starting material
Prior art date
Application number
NO831712A
Other languages
English (en)
Inventor
Rene Bernard Lapierre
Randall David Partridge
Stephen Sui Fai Wong
Original Assignee
Mobil Oil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mobil Oil Corp filed Critical Mobil Oil Corp
Publication of NO831712L publication Critical patent/NO831712L/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING 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
    • C10G47/00Cracking of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen- generating compounds, to obtain lower boiling fractions
    • C10G47/02Cracking of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen- generating compounds, to obtain lower boiling fractions characterised by the catalyst used
    • C10G47/10Cracking of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen- generating compounds, to obtain lower boiling fractions characterised by the catalyst used with catalysts deposited on a carrier
    • C10G47/12Inorganic carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING 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
    • C10G45/00Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/58Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins
    • C10G45/60Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins characterised by the catalyst used
    • C10G45/64Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to change the structural skeleton of some of the hydrocarbon content without cracking the other hydrocarbons present, e.g. lowering pour point; Selective hydrocracking of normal paraffins characterised by the catalyst used containing crystalline alumino-silicates, e.g. molecular sieves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/27Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton
    • C07C5/2767Changing the number of side-chains
    • C07C5/277Catalytic processes
    • C07C5/2791Catalytic processes with metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING 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
    • C10G29/00Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, with other chemicals
    • C10G29/06Metal salts, or metal salts deposited on a carrier
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING 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
    • C10G35/00Reforming naphtha
    • C10G35/04Catalytic reforming
    • C10G35/06Catalytic reforming characterised by the catalyst used
    • C10G35/095Catalytic reforming characterised by the catalyst used containing crystalline alumino-silicates, e.g. molecular sieves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J15/0825Flat gaskets laminated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/16After treatment, characterised by the effect to be obtained to increase the Si/Al ratio; Dealumination
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/30After treatment, characterised by the means used
    • B01J2229/37Acid treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/08Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the faujasite type, e.g. type X or Y
    • B01J29/10Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the faujasite type, e.g. type X or Y containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/12Noble metals
    • B01J29/126Y-type faujasite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/72Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/74Noble metals
    • B01J29/7415Zeolite Beta
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J2015/0837Flat gaskets with an edge portion folded over a second plate or shim
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J2015/085Flat gaskets without fold over

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse angår isomerisering, mer spesielt
en fremgangsmåte for isomerisering av parafiner.
En prosess som ofte brukes i petroleumsindustrien er isomerisering. Ved hjelp av denne fremgangsmåten blir vanlige lav-molekylære C^til Cg n-parafiner omdannet til iso-parafiner i nærvær av sure katalysatorer så som aluminiumklorid eller en sur zeolit, slik det f.eks. er beskrevet i britisk patent 1.210.335. Det har vært beskrevet isomeriseringsprosesser for pentan og hexan som drives i nærvær av hydrogen, men etter som slike prosesser kjøres ved relativt høye temperaturer og trykk, følges isomeriseringen av en sterk "cracking" indusert av den sure katalysator, slik at en vesentlig del av de verdi-fulle produktene blir nedbrutt til produkter av lavere verdi.
De fleste isomeriseringsprosesser har vært anvendt på lav-molekylære alkaner så som butan, pentan og hexan, slik det er nevnt ovenfor, men det har også vært gjort forsøk på å isomeri-sere langkjedede alkaner over forskjellige typer katalysatorer. Således er det beskrevet en fluorinert platina på aluminium-oksydkatalysator i Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Devel. 8, 154 (1969)
og bruken av platina og palladium på zeolit Y for.hydroiso-merisering av langkjedede (C]_o~ci6^ n-alkaner er beskrevet i ACS Symposium Series, vol. 20 (Weitkamp, J.), A.C.S., Washing-ton, D.C., 1975. De katalysatorer som har vært brukt i slike fremgangsmåter har vanligvis vært stoffer med relativt høy grad av syrefunksjonalitet, og i forbindelse med bruken av zeolittene har denne syreverdi vært tilveiebragt på grunn av deres relativt høye innhold av aluminiumoksyd, idet zeolittene har hat et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på ca. 5:1. Skjønt en viss syrefunksjonalitet er vesentlig for å frem-
bringe selve isomeriseringen, har denne syrefunksjonaliteten også en tendens til å indusere "cracking"-reaksjoner som igjen fører til nedbrytning av utgangsmaterialet til produkter av lav verdi. Til en viss grad kan en for sterk syrefunksjonalitet oppheves ved at man bruker en sterk hydrogeneringskomponent så som platina, men selv i slike tilfeller vil alle kjente typer katalysator ha en tendens til å fremme en for sterk grad av
"cracking" under isomeriseringsprosessen.
Man har nå funnet at isomeriseringsselektiviteten for katalysatoren kan økes ved at man bruker en høysilicium-holdig storporet zeolit, så som zeolit Y, zeolit beta eller zeolit ZSM-20. Zeolittenes høye innhold av silicium og deres sterkt silikat-lignende natur reduserer deres syrefunksjonalitet slik at "cracking" blir nedsatt til et minimum og man begunstiger isomeriseringen. Denne reduksjonen av syrefunksjonaliteten gjør det mulig å bruke hydrogeneringskomponenter i katalysatoren som er mindre aktive, ettersom katalysatorens syrefunksjonalitet ikke trenger å motvirkes i så høy grad av en sterk hydrogeneringskatalysator. Man kan således bruke palladium og andre metaller, så som, nikkel, som hydrogeneringskomponenten.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en isomeriseringsprosess som innbefatter at.et hydrokarbonutgangsmateriale bestående av langkjedede n-parafiner under isomeriseringsbetingelser kontaktes en katalysator bestående av en krystallinsk, storporet zeolit med et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på mer enn 10:1, og en hydrogeneringskomponent slik at n-parafinene omdannes til iso-parafiner.
Isomeriseringsprosessen drives, med et hydrokarbonutgangsmateriale som inneholder langkjedede (Cy+) n-parafiner. " Under isomeriseringen vil disse voksaktige parafiniske komponenter bli isomerisert til iso-parafiner som. i seg selv er mindre voksaktige. Det isomeriserte produkt har derfor et lavere hellepunkt og kan brukes for formål, hvor det er ønskelig med lavtemperaturegenskaper, f.eks. i drivstoff for fly, diesel-drivstoff, smøreolje og fyringsolje. Graden av "cracking"
blir imidlertid redusert, slik at det totale væskeutbyttet av prosessen blir forbedret. En ytterligere fordel ved foreliggende fremgangsmåte er at de foreliggende katalysatorer viser mindre deaktivering enn katalysatorer fremstilt fra zeolitter med mindre siliciuminnhold, og denne fordelen opprettholdes selv når man bruker svakere hydrogeneringskomponenter såsom
palladium.
Ettersom foreliggende fremgangsmåte kan brukes for å redusere innholdet av voksaktige, n-parafiner,, så kan den brukes for avvoksingsformål. I tillegg har imidlertid de fremstilte isoparafiner vanligvis høyere oktantall enn de rettkjedede parafiner fra hvilke de er avledet. Foreliggende fremgangsmåte kan således brukes for å fremstille høyoktan nafta og bensin, såvel som jet-drivstoff, dieselolje, fyringsolje og smøreolje med lavt hellepunkt fra høyparafiniske utgangsmaterialer.
Utgangsmaterialet for den foreliggende fremgangsmåte er et som inneholder vesentlige mengder av langkjedede (Cy+) n-alkaner, da spesielt n-parafiner i området fra C-^til C4Q. Vanligvis vil utgangsmaterialet være et C10+- utgangsmateriale, ettersom slike utgangsmaterialer vil ha størst utbytte ved at man fjerner de voksaktige, rettkjedede parafinene når man ønsker å fremstille et avvokset produkt med lavt hellepunkt. Utgangsmaterialer av denne type vil normalt ha et begynnende kokepunkt på minst 150°C og kan velges fra en rekke forskjellige petroleumsprodukter, såsom destillater og residuale produkter, såsom vanlige parafiner, gassolje (lette og tunge), reduserte råoljer (atmosfæriske og vakuum), deasfalterte residu, katalytiske "cracking"s-bunn fraksjoner, bunnfrak-sjoner fra forkokningstårn, forskjellige typer produkter fremstilt under hydrocracking, samt forskjellige typer råoljer. Oljer fremstilt fra oljeskifer, tjæresand og kull kan også behandles på denne måten. Utgangsmaterialet vil typisk ha et kokeområde fra ca. 260 til 560°C, mer vanlig fra ca.340 til 5 4 0°. Smøreoljeutgangsmaterialer vil normalt ha et kokeområde fra 34 0 til 54 0°C.
Under isomeriseringsprosessen vil n-parafinene i utgangsmaterialet bli omdannet til iso-parafiner. Vanligvis vil et nærvær av aromatiske forbindelser være uønsket, skjønt man kan tolerere enkeltring aromatiske forbindelser som lett hydroge-neres over metallkomponenten i katalysatoren. Polycyklisk aromatiske forbindelser som ofte finnes i høytkokende fraksjoner (begynnende kokepunkt over 34 0°C) er uønsket, fordi de lett absorberes på de fleste katalysatorer av denne type, hvorved parafinen ikke får adgang til de katalytiske posisjoner og man får derved hemmet den forønskede isomerisering.
Innholdet av aromatiske forbindelser bør derfor holdes under
10 vekt%, skjønt større mengder på opptil ca. 2 0vekt% kan tolereres hvis innholdet av monocykliske aromatiske forbindelser er tilstrekkelig høyt, og hvis man bruker en tilstrekkelig sterk hydrogeneringskomponent, såsom platina i katalysatoren.
Den katalysator som brukes i foreliggende fremgangsmåte er en storporet krystallinsk zeolit. Det er kjent mange krystallinske zeolitter. Noen opptrer så langt man vet bare i naturen, f .eks. pa.ulingit og merlinoit, noen er bare fremstilt av syn-teser, f.eks. zeolittene A og ZSM-5; mens noen opptrer både i naturlige og syntetiske former, f.eks. mordenit, og dens syntetiske motpart som er kjent som Zeolon og faujasit og dens syntetiske motparter som ofte betegnes zeolit X og Y. Slike motparter er selvsagt bevist ved hjelp av en overensstemmelse mellom deres røntgendifraksjonsdata, dvs. de indekser ved hjelp av hvilke en zeolits individualitet blir fastslått. Slike data er en manifestasjon eller et bevis på den spe-sielle geometri man finner i det tredimensjonale gitter som er dannet av Si04ogA104tetrahedra som er tverrbundet ved hjelp av oksygenatomer som de deler, og som inneholder tilstrekkelig kationisk komplement til å balansere den resulterende negative ladning man får på de A104-tetrahedra som zeolitten består av.
En zeolit har således følgende kjemiske formel:
hvor M er et kation med valens n og x og y er det antall aluminium og silicium atomer, henholdsvis, man finner i enhetscellen. Denne formelen blir imidlertid ofte omdannet til
en formel som viser molforholdet mellom oksydene:
og som selvsagt lar seg bevise empirisk, og således er den eneste formel som kan gis en zeolit når dens enhetscelleinn-hold er ukjent. Ettersom den eneste signifikante mengde i en slik formel er begrepet y/2x, og ettersom dette begrepet (som nesten alltid innbefatter et variasjonsområde) kan brukes for å tilfredsstille mange zeolitter med sterkt varierende krystallgittergeometri, så er slike kjemiske formler av liten verdi når det gjelger å fastslå identiteten på en zeolit. Når de er empirisk avledet, vil slike formler ofte være en artig "fact", fordi forholdet mellom kationisk valens og aluminiumsatomer avviker fra den enhetsstruktur som i virkeligheten må være tilstede. Videre vil slike empiriske formler ikke tilfredsstille zeolitter, hvis gitterstruktur kan fremstilles fra reaksjonsblandinger, hvor man har utelukket aluminiumoksyd.
De zeolitter som brukes i foreliggende fremgangsmåte erkarakterisert veden porøs gitterstruktur, som har porer med en minimumsdimensjon på minst 6 Ångstrøm. I tillegg må zeolitten ha et strukturelt siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på 10:1 eller mer, fortrinnsvis langt høyere, f.eks. 20:1, 50:1, 100:1, 200:1 eller 500:1. Zeolitter av denne typen kan også karakteriseres på basis av deres såkalte "Constraint"Index" og deres absorbsjonskapasitet for hydrokarbonet.
Zeolittene har en krystallstruktur som er istand til å regu-lere adgangen til en utgang fra det intrakrystallinske frie rom. Denne kontroll som utøves av selve krystallstrukturen, er avhengig både av materialet molekylære konfigurasjon, som gir eller ikke gir adgang til zeolittens indre struktur, for-uten selve strukturen på zeolitten. Porene i zeolitten er i form av ringer som dannes ved en regelmessig avsetning av tetrahedra som utgjør det anioniske rammeverk i det krystallinske aluminiumsilicatet, idet selve oksygenatomene er bundet til silicium eller aluminiumsatomene i sentrum av tetrahedra. Hensiktsmessig mål for hvorvidt zeolit.gir adgang for mole-kyler av varierende størrelse til sin indre struktur, er tilveiebragt av zeolittens "Constraint Index"'. Zeolitter som har sterkt begrenset adgang til og utgang fra den indre struktur, har høy*"Constraint Index" og zeolitter.av denne type har vanligvis porer av liten størrelse. I motsetning til dette, så vil zeolitter med relativt fri adgang til den indre zeolitstruktur ha lav "Constraint Index". Den fremgangsmåte ved hjelp av hvilken man måler nevnte "Constraint Index" er beskrevet mer detaljert i US-patent 4.016.218 som det henvises til for mere detaljer med hensyn til fremgangsmåten og hvor det også gis eksempler på nevnte Constraint Index for enkelte typiske zeolitter. Fordi nevnte "Constraint Index" angår zeolittens krystallinske struktur, men ikke desto mindre bestemmes ved hjelp av en prøve som utnytter zeolittens kapasi-tet til å inngå i "crackings"-reaksjoner, dvs. en reaksjon som er avhengig av at zeolitten har sure posisjoner og en syrefunksjonalitet, så må den zeolitprøve som brukes under prøven være representativtfor den zeolittiske struktur, hvis
"Constraint Index" man ønsker å bestemme, og må dessuten ha til-fredsstillende syrefunksjonalitet for at prøven kan gjennomføres. Syrefunksjonaliteten kan selvsagt varieres på forskjellige måter, f.eks. ved baseutbytningg dampbehandling eller ved en regule-ring av forholdet mellom siliciumdioksydet og aluminiumoksydet i zeolitten.,
I overensstemmelse med de minimumsporestørrelsebegrensninger som er nevnt ovenfor, så bør zeolitter.som brukes i foreliggende fremgangsmåte ha en "constraint index" varierende på opptil 2,0 og vanligvis vil nevnte indeks ligge i området fra 0,5 til 2,9. Ettersom isomeriseringsselektiviteten blir lavere med mindre porestørrelse i zeolitten, er det foretrukket å bruke storporede zeolitter innenfor de grupper som er nevnt ovenfor. Zeolitter som kan brukes i foreliggende fremgangsmåte innbefatter zeolit Y, zeolit beta, mordenit og zeolit ZSM-12,
JZSM-20 og ZSM-50. Zeolit ZSM-12 er beskrevet i US-patent nr. 3.832.449,ZSM-20 i US-patent nr. 3.972 .983 og ZSM-50 i US-patent
søknad nr. 343.6 31. Høysilikatformler av ZSM-12.er beskrevet i europeisk patentsøknad 0013630. Det refereres til disse publikasjoner for detaljer med hensyn til zeolittene og de fremgangsmåter som brukes for deres fremstilling.
En annen egenskap som karakteriserer.zeolitter som kan
brukes som katalysatorer er deres, hydrokarbonabsorbsjonskapasitet. Zeolitter som brukes i foreliggende katalysatorer bør ha en hydrokarbonabsorbsjonskapasitet for n-hexan som er større enn 5, fortrinnsvis større enn. 6 vekt% ved 5 0°C. Hydrokarbonabsorbsjonskapasiteten bestemmes ved å måle absorb-sjonen ved 5 0°C og ved et 2666 Pa hydrokarbontrykk i en inert gass såsom helium:
Absorbsjonsprøven kan ahensiktsmessig utføres i et TGA-apparat med helium som bæregass, idet denne strømmer over zeolitten ved 5 0°. Den hydrokarbon som skal undersøkes, f.eks. n-hexan, føres inn i gasstrømmen og justeres til en 20 mm Hg hydrokarbontrykk, hvoretter man. måler hydrokarbonabsorbsjon målt som økningen av zeolitvekten. Absorbsjonskapasiteten kan så beregnes som en prosentsats.
Hvis den valgte zeolitten kan fremstilles i den forønskede høysilikate formen ved direkte syntese, vil dette ofte være den mest hensiktsmessige fremgangsmåte for å oppnå zeolitten. Zeolit beta, f.eks. kan syntetiseres direkte i former med et siliciumdioksyd :aluminiumoksyd-forhold på- opptil 100:1, slik det er beskrevet i US-patentene-. 3 .308. 069 og Re 28 .341 som beskriver zeolit beta, dens fremstilling og dens egenskaper i detalj. Det refereres til nevnte patenter for nevnte detaljer. Zeolit Y på den annen side, kan bare syntetiseres i former
som har siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på opptil 5:1, og for å oppnå høyere forhold må man anvende andre typer
teknikk for å fjerne strukturelt aluminium, slik at man oppnår en mer høysilikat zeolit. Det samme er tilfelle for mordenit, som i sin naturlige eller direkte syntetiserte form har et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på ca. 10:1. Zeolit ZSM-20 kan syntetiseres direkte med et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på 7:1 eller høyere, typisk i området fra 7:1 til 10:1, slik det er beskrevet i US-patentene 3.972.983 og 4.021,331, hvor det er detaljert beskrivelse av zeolitten, fremgangsmåter for dens fremstilling og dens egenskaper. Zeolit ZSM-20 kan også behandles på forskjellige måter for å øke siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet.
Kontroll over siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet i zeolitten i sin syntetiserte form, kan utøves ved at man foretar et passende valg med hensyn til de relative mengder av utgangsforbindelsene, da spesielt forløpforbindelsene for nevnte silieiumdioksyd og aluminiumoksyd, idet en relativt mindre mengde av aluminiumoksydforløper-forbindelsen vil re-sultere i et høyere siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold, i den fremstilte zeolitten, opp til grensen for den syntetiske fremgangsmåten. Hvis høyere forhold, er ønskelig, og alterna-tive fremgangsmåter som gir det forønskede høye siliciumdioksyd: aluminiumoksyd- forholdet ikke er tilgjengelig, må man bruke andre typer.teknikk av den type som er beskrevet i det etterfølgende, for å fremstille ,den forønskede høysilikat-holdige zeolitten.
Det er underforstått at det siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold som her er referert til er det strukturelle forhold, dvs. forholdet mellom nevnte SiO^og nevnte AlO^tetrahedra, som tilsammen utgjør selve strukturen i zeolitten. Dette for holdet kan variere fra det siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold som bestemmes ved forskjellige fysiske og kjemiske fremgangsmåter. Såldes vil f.eks. en ren kjemisk analyse innbe-fatte aluminium som er tilstede i form av kationer som er for-bundet med de sure posisjonene i zeolitten, hvorved man får et lavt siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold. Hvis på lignende måte forholdet bestemmes ved en såkalt termogravimetrisk analyse (TGA) ved ammoniakkabsorbsjon, vil man få en lav ammoniakktitrering, vhvis kationisk aluminium hindrer en utbytning av ammoniumionene i de sure posisjonene. Disse uregelmessighetene er spesielt problemskapende når man bruker visse behandlinger, f.eks. de dealuminiseringsmetoder som er beskrevet i det etterfølgende, som resulterer i et nærvær av fritt ionisk aluminium i zeolitstrukturen. Det må følgelig tas forholdsregler, slik atmman sikrer at man nøyaktig får bestemt siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet i selve gitterstrukturen.
Det er kjent en rekke forskjellige fremgangsmåter for å øke siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet i strukturen i forskjellige zeolitter. Mange av disse fremgangsmåtene bygger på at man fjerner aluminium fra det strukturelle gitteret i zeolitten ved forskjellige kjemiske behandlingsmid-ler. Det har vært utført betydelig forskning på fremstilling av faujasitter med et underskudd av aluminium, og det er gitt en oversikt over dette arbeidet i Advances in Chemistry Series No. 121, Molecular Sieves, G.T. Kerr, American Chemical Society, 1973. Spesifikke fremgangsmåter for å fremstille dealuminiserte zeolitter er beskrevet i det etterfølgende, og med hensyn til detaljer, er det referert til følgende arbeider: Catalysis by Zeolites (International Symposium on Zeolites, Lyon, Sept. 9-11,1980), Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam, 1980 (dealuminisering av zeolit Y med silicium-tetraklorid), US-patent 3.442.795 og GB 1.058.188 (hydrolyse og fjerning av aluminium ved chelatering), GB 1.061.847 (syreekstraksjon av aluminium), US-patent nr. 3.493.519-(aluminiumsfjerning ved dampbehandling og chelatering), US-patent nr. 3.591.488 (aluminiumsfjerning ved dampbehandling), US-patent nr. 4.273.753 (dealuminisering med siliciumhalogenider og oksy-halogenider), US-patent nr. 3.691.099 (aluminiumekstraksjon med syre), US-patent nr. 4.093.560 (dealuminisering ved behandling med salter), US-patent nr. 3.937.791 (aluminiumsfjerning med Cr(III)-oppløsninger), US-patent nr. 3.506,400 (dampbehandling fulgt av chelatering), US-patent nr. 3.640.681 (eks-traksjon av aluminium med acetylacetonat fulgt av en dehydrok-sylering), US-patent nr. 3.836.561 (fjerning av aluminium med syre), DE-OS 2.510.740 (behandling.av zeolitten med klor eller en klorholdig gass ved høye temperaturer), NL 7.604.264 (syreekstraksjon), JA 53.101.003 (behandling med EDTA eller andre forbindelser for å fjerne aluminium) og J. Catalysis 54,
295 (1978) (hydrovarmebehandling fulgt av syreekstraksjon).
På grunn av sin hensiktsmessighet er de foretrukne dealuminiseringsmetoder for fremstilling av de foreliggende høysilikat-holdige zeolitter, de som innbefatter en syreekstraksjon av aluminiumet fra zeolitten. Man.har funnet at zeolit beta lett kan dealuminiseres ved syreekstraksjon, og en egnet fremgangsmåte innbefatter at zeolitten kontakter en syre, fortrinnsvis en mineralsyre så som saltsyre. Denne dealuminiseringsprosessen skjer ved romtemperatur eller ved svakt forhøyede temperaturer, og skjer med et minimalt tap av krystallinitet,
og man får fremstilt høysilikatholdige former av zeolit beta,
med silisiumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på minst 100:1, og forhold på 2 00:1 eller enda høyere kan også oppnås.
Zeolitten brukes hensiktsmessig.i hydrogenformen for dealuminiseringsprosessen, skjønt andre kationiske former også kan brukes, f.eks i'natriumformen. Hvis disse andre formene brukes, må man anvende tilstrekkelig syre til at man får erstattet de opprinnelige kationene i zeolitten med protoner. Mengden av zeolit i blandingen av zeolit og syre bør vanligvis være fra 5 til 6 0 vekt%.
Syren kan være en mineralsyre, f.eks. en uorganisk syre eller
en organisk syre. Typiske uorganiske syrer som kan brukes, innbefatter minéralsyrer så som saltsyre, svovelsyre, sal-petersyre, og fosforsyre, peroksydisulfonsyre, dithionsyre, sulfaminsyre, peroksymonosvovelsyre, amidosulfonsyre, nitro-sulfonsyre, klorsvovelsyre, pyrosvovelsyre og salpetersyrling. Representative organiske syrer som kan brukes innbefatter maursyre, trikloreddiksyre og trifluoreddiksyre.
Konsentrasjonen av den tilsatte syren må være slik at man ikke senker pH for reaksjonsblandingen til et uønsket lavt nivå, ettersom dette kan påvirke krystallgitteret i den zeolitten som behandles. Surheten som zeolitten kan tolerere vil være i det minste avhengig av forholdet mellom siliciumdioksyd og aluminiumoksyd i utgangsmaterialet. Vanligvis har man funnet at zeolit beta kan motstå konsentrert syre uten tap av krystallinitet, men som en generell retningslinje bør syren være fra 0,1 til 4,0 N, vanligvis fra 1 til 2N. Dette variasjonsområde kan brukes uansett hvilket forhold mellom siliciumdioksyd og aluminiumoksyd bare i.utgangsmaterialet. Sterkere syrer har en tendens til å fjerne mer av aluminiumet enn svakere syrer.
Høyere siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold i produktet kan oppnås med utgangsforbindelser med.relativt lavt siliciumdioksyd: aluminiumoksyd, f.eks. under 30:1.
Dealuminiseringsprosessen skjer ved romtemperatur, men man kan også anvende forhøyede temperaturer, f.eks..opp til 100°. Varigheten av ekstraksjonen vil påvirke siliciumdioksydalu-miniumoksyd-f orholdet i produktet, ettersom ekstraksjonen som er diffusjonsregulert er tidsavhengig. Ettersom zeolitten imidlertid blir progressivt mer resistent overfor tap av krystallinitet etterhvert som siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-, forholdet øker, dvs. at den blir mer stabil etterhvert som aluminiumet fjernes, så må man bruke høyere temperaturer og mer konsentrert syre mot slutten av.behandlingen enn ved be-gynnelsen, uten at man får et tap av krystallinitet.
Etter ekstraksjonen kan produktet, vaskes med vann for fjerning av urenheter, fortrinnsvis med destillert vann, inntil vaske-vannet har en pH som ligger i området fra ca. 5 til 8.
Katalytiske forbindelser for spesielle.formål kan fremstilles ved at man erstatter kationene etter behov med andre metallioner eller ammoniakalske ioner. Hvis kalsinering utføres før ioneutbytning, vil noen eller alle de resulterende hydrogen-ionene kunne erstattes med metallioner under ioneutbytnings-prosessen. Siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet vil da være minst 100:1, fortrinnsvis minst.150:1. Forhold på 200:1 eller høyere, f.eks. 250:1, 300:1, 400:1 eller 500:1 kan oppnås ved hjelp av denne fremgangsmåten. Hvis det er ønskelig, kan zeolitten dampbehandles før syreekstraksjonen for derved å øke siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet og gjøre zeolitten mer stabil overfor syren.. Dampbehandlingen kan også gjøre det lettere å fjerne aluminium ved den etterfølgende behandling og for å fremme et bibehold av krystalliniteten under selve ekstraksjonen.
Høysilikatholdige former av zeolit Y kan. fremstilles ved dampbehandling eller syreekstraksjon av det strukturelle aluminium, men ettersom zeolit Y i sin normale syntetiserte tilstand er ustabil overfor syre, må det først, omdannes til en syrestabil form. Fremgangsmåter for å gjøre dette er kjente, og en av de mest kjente former for syreresistent zeolit Y er kjent som "Ultrastabil Y" (USY); som er beskrevet i US-patentene 3.293.192 og 3.402.996 og artikkelen Society of Chemical Engineering (London) Monograph Molecular Sieves, sie 186 (1968) av CV. McDaniel og P.K. Maher, og det refereres til disse for detaljer med hensyn til zeolitten og dens fremstilling. Vanligvis vil begrepet "ultrastabil" referere seg til Y-type zeolitter som er sterkt resistente overfor nedbrytning av krystallgitteret ved høye temperaturer og ved dampbehandling, og de erkarakterisert vedet R20-innhold, hvor R er Na, K eller et annet alkalimetallion på mindre enn 4 vekt%, fortrinnsvis mindre enn 1 vekt%, og en enhets cellestørrelse på mindre enn 24,5 Ångstrøm og et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-molforhold i området fra 3,5 til 7 eller høyere. Den ultrastabile formen av Y-type zeolitten oppnås primært ved at man foretar en vesentlig reduksjong av alkalimetallioninnholdet og reduserer en-hetscellestørrelsen. Den ultrastabile zeolitten er identifi-sert både ved sin mindre enhetscelle og sitt lave alkalimetall-innhold i krystallstrukturen.
Den ultrastabile formen av Y-type zeolitten kan fremstilles suksessivt ved baseutbytning av en Y-type zeolitt med en vann-dig oppløsning av et ammoniumsalt, såsom ammoniumnitrat, inntil alkalimetallinnholdet i Y-type zeolitten er redusert til mindre enn 4 vekt%. Den baseutbyttede zeolit kan så kalsineres ved temperaturer mellom 540 og 8 00°C i opptil flere timer, hvoretter den avkjøles og suksessivt baseutbyttes med en vandig opp-løsning av ammoniumsalt, inntil alkalimetallinnholdet er redusert til mindre enn 1 vekt%, fulgt av en vasking og fornyet kalsinering ved temperaturer mellom 540 og 800°C for fremstilling av en ultrastabil zeolit Y. Sekvensen av ioneutbytning og varmebehandling resulterer i en vesentlig reduksjon av alkalimetallinnholdet i den opprinnelige zeolitten og resulterer også i en krymping av enhetscellen, og dette fører til en ultrahøy stabilitet på den resulterende Y-type zeolitten.
Den ultrastabile zeolit Y kan så ekstraheres med syre, hvor-
ved man får fremstilt en høysilikatholdig form av zeolitten. Syreekstraksjonen kan utføres på samme måte som beskrevet ovenfor for zeolit beta.
Andre fremgangsmåter for å øke siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet i zeolit Y ved syreekstraksjon, er beskrevet i US-patentene 4.218.307, 3.591.488 og 3.691.099 og det er referert til disse for detaljer i fremgangsmåtene.
Zeolit ZSM-20 kan omdannes til en mer.høysilikatholdig. form
ved en fremgangsmåte som tilsvarer den som-er brukt for zeo-
lit Y. Først omdannes zeolitten til en "ultrastabil" form som så dealuminiseres ved syreekstraksjon. Omdannelsen til den ultrastabile formen kan egnet utføres ved hjelp av de samme trinn som ble brukt for fremstilling av. ultrastabil Y. Zeolitten blir så suksessivt baseutbyttet til ammoniumformen og så kalsinert, vanligvis ved temperaturer over 700°C. Kalsi-neringen bør utføres i et dypt sjikt for å flette fjerningen av gassprodukter,slik det er anbefalt i "Advances in Chemistry Series" nr. 121, op eit. Syreekstraksjon av den "ultrastabile" ZSM-20 kan så utføres på samme måte som beskrevet ovenfor for zeolit beta.
Høysilikatholdige former av mordenit kan fremstilles ved syre- ekstraksjonsfremgangsmåter av den type, som f.eks. er beskrevet i US-patentene 3.691.099 og 3.591.488 og andre.dealuminise-ringsteknikker som kan brukes for mordenit er f.eks. beskrevet i US-patentene 4273.753, 3.493.519 og 3.442.795. Det refereres til disse patenter for mer.detaljerte beskrivelser av fremgangsmåtene.
Selve isomeriseringsreaksjonen krever bare en liten grad av syrefunksjonalitet i katalysatoren. På grunn av dette kan zeolitten ha et meget høyt ,siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold, ettersom dette forholdet er omvendt proporsjonalt med syreposisjonstettheten i katalysatoren. Det er således foretrukket at siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet er 100:1 eller høyere, og det kan i virkeligheten være langt høyere, f.eks. 200 :1, 500:1, 1000:1 eller enda høyere. Ettersom det er kjent at zeolitter kan beholde sin syrefunksjonalitet selv ved meget høye siliciumdioksyd-aluminiumoksyd-forhold, av størrelsesorden på 25.000:1, kan man endog bruke zeolitter med forhold av denne størrelsesorden.
I tillegg til zeolitkomponenten- inneholder katalysatoren også en hydrogenering-dehydrogeneringskomponent som fortrinnsvis er et edelmetall fra gruppe VIIIA i det periodiske system (med det periodiske system forstås i denne beskrivelse det system som er godtatt av IUPAC og US National Bureau of Standards,
og f.eks. vist i Fisher Scientific Company, katalog nr. 5-702-10). Den foretrukne hydrogeneringskomponenten er platina, men man kan også bruke andre edelmetaller som palladium, gull, rhenium eller rhodium. Man kan ogsåbruke.kombinasjoner av edelmetaller så som platina-rhenium, platina-palladium, platina-iridium eller platina-iridium-rhenium sammen med kombinasjoner med ikke-edle metaller, da spesielt fra gruppe VIA og VIIIA, mer spesielt kan nevnes metaller så som kobolt, nikkel, vana-dium, Wolfram, titan og molybden, f.eks. platina-Wolfram, platina-nikkel og platina-nikkel-Wolfram. Det er overraskende at høysilikatholdige zeolitter gjør det mulig å bruke relativt svake hydrogeneringskomponenter, såsom palladium, fordi mer sure zeolitter så som zeolit Y (siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-
forhold på ca. 5:1) har dårlig selektivitet for isomerisering når de kombineres med svakere hydrogeneringskomponenter så som palladium. Videre kan det nevnes at katalysatorer basert på høysilikatholdige zeolitter i kombinasjon med svakere hydrogeneringskomponenter har neglisjerbar deaktivering, dette til tross for at lignende katalysatorer fremstilt av zeolitter med lavt siliciumdioksyd-innhold (siliciumdioksyd:aluminium-oksydforhold på mindre enn 10:1) blir, betydelig deaktivert under bruk.
Metaller kan inkorporeres i katalysatoren på enhver egnet fremgangsmåte, f.eks. ved impregnering eller utbytning.på zeolitten. Metaller kan inkorporeres i form av et kationisk, anionisk eller nøytralt kompleks, så som f.eks. PtfNI^)^ 2 + og man har funnet det hensiktsmessig å bruke slike kationiske komplekser for utbytning av metaller på zeolitten. Anioniske.komplekser kan også brukes for impregnering av, metaller i zeolittene.
Mengden av hydrogenerings-dehydrogeneMngs-komponenten ligger egnet i området fra 0,01 til 10 vekt%, normalt fra 0,1 til 5 vekt%, skjønt dette selvsagt-vil variere med type komponent, idet man trenger mindre mengde.av de sterkt aktive edelmetaller, da spesielt platina.
Det kan i enkelte tilfeller være ønskelig å blande katalysatoren med et annet materiale som er resistent overfor de temperaturer og de andre betingelser, som brukes under prosessen. Slike matrisematerialer innbefatter syntetiske eller naturlige stoffer, såvel som uorganiske stoffer som leire, silicium og/ eller metalloksyder. Det sistnevnte kan enten være naturlig forekommende eller i form av gelatinøse bunnfall eller geler som innbefatter blandinger av siliciumdioksyd og metalloksyder. Naturlig forekommende leirer som kan brukes sammen med katalysatoren innbefatter leirer av montmorillonit og kaolin-typen. Disse leirer kan brukes i r.å tilstand slik de opprinnelig tas ut, eller de kan underkastes en kalsinering, syrebehandling eller kjemisk modifikasjon.
Katalysatoren kan være blandet med en porøs matrise, så som aluminiumoksyd, siliciumdioksyd-aluminiumoksyd, siliciumdioksyd-magnesiumoksyd, siliciumdioksydrzirconoksyd, siliciumdioksyd-berylliumoksyd eller siliciumdioksyd-titanoksyd eller ternære sammensetninger så som siliciumdioksyd-aluminiumoksyd-thorium-oksyd, siliciumdioksyd-aluminiumoksyd-zirconoksyd, siliciumdioksyd-aluminiumoksyd-magnesiumoksyd og siliciumdioksyd-magnesiumoksyd-zirconoksyd. Matrisen kan være i form av en cogel med zeolitten. De relative..mengdeforhold av zeolitkomponenten og den uorganiske oksydgelmatrisen kan variere sterkt, idet zeolitinnholdet kan variere fra 1 til 99, vanligvis fra 5 til 80 vekt% av produktet. Matrisen kan i seg selv ha katalytiske egenskaper, vanligvis av.en sur natur.
Utgangsmaterialet for den foreliggende fremgangsmåte kontakter zeolitten i et nærvær eller fravær av tilsatt hydrogen ved for-høyet temperatur og trykk. De anvendte temperaturer er nor-
malt fra 150 til 500, fortrinnsvis 250 til 350°C, skjønt man kan bruke temperaturer så lavt som 200°C, spesielt hvis utgangsmaterialet helt eller i alt vesentlig består av rene parafiner. Ettersom "cracking"-reaksjonen har en tendens til å øke med økende temperaturer, vil man normalt foretrekke lavere temperaturer for å begunstige isomerisering fremfor "cracking".
Trykket skal variere fra atmosfærisk trykk og topp til 25.000kPa, og skjønt høyere trykk er foretrukket, vil praktiske betraktninger vanligvis begrense trykket til et maksimum på 15.000 kPa, vanligvis ligger trykket i området fra 4.000 til 10.000 kPa. Rom-hastigheten er vanligvis fra 0,1 til 10 timer ^, mer vanlig fra 0,2 til 5 timer 1. Hvis ytterligere hydrogen er tilstede, vil vanligvis forholdet hydrogen til utgangsmaterialet være fra 200 til 4.000 n 1,1<_1>, fortrinnsvis 600 til 2.000 n I,].' 1.
Hvis utgangsmaterialet ligger i destillatområdet fra 165 til 340°C, kan isomeriseringen utføres ved relativt lavt trykk, typisk fra 1500 til 5.600 kPa, men vhvis utgangsmaterialet inneholder mye smøreolje, vil passende trykk ligge over 7.00 0 kPa og ofte i området fra 7.000 til 22.000 kPa. Isomeriseringsprosessens selektivitet har man funnet øker med høyere romhastighet, trykk, relativt hydrogentrykk og metall-innhold i katalysatoren og dessuten, med lavere temperatur. Bruken av høyere romhastigheter vil.muliggjøre høyere temperaturer, noe som også er tilfelle med høyere innhold av edelmetaller som hydrogeneringskomponenten i katalysatoren. Etterhvert som kokepunktet i utgangsmaterialets komponenter øker, vil selektiviteten for isomerisering i forhold til "cracking" avta, skjønt man til en viss grad kan kompensere for dette ved å bruke zeolitter med høyere siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold, noe som også vil muliggjøre bruken av høyere temperatur.
Prosessen utføres fortrinnsvis i nærvær av hydrogen, både for
å hemme katalysatorelding og for å fremme isomeriseringsreak-sjoner som man antar skjer gjennom et olefinisk umettet mellom-produkt.
Omdannelsen kan utføres ved at man. kontakter utgangsmaterialet med et fast stasjonært sjikt av katalysator, et fast fluidisert sjikt eller et kontinuerlig sjikt. En enkel ut-førelse er å la utgangsmaterialet sildre gjennom et fast sjikt. Med slik konfigurasjon er det ønskelig å starte reaksjonen med en fersk katalysator ved moderate temperaturer som så heves hvis katalysatoren eldes, hvorved man kan opprettholde den katalytiske aktiviteten. Katalysatoren kan regenereres ved kon-takt ved forhøyede temperaturer med hydrogengass f.eks., eller ved brenning i luft eller en annen oksygenholdig gass.
For å bedre katalysatorens egenskaper- kan man utføre et pre-liminært hydrobehandlingstrinn for å fjerne nitrogen og svovel og for å mette aromatiske forbindelser til naftener, uten at det skjer en vesentlig omdannelse av kokeområdet, noe som vil muliggjøre lavere temperaturer, høyere romhastigheter, lavere trykk eller kombinasjoner av disse betingelser.
Under isomeriseringsprosessen vil C-^0+rettkjedede n-parafiner bli omdannet til grenede iso-parafiner som ikke bare har lavere intrinisk hellepunkt, men også bedre oktantall og dieselindeks. Under isomeriseringen vil omdannelsen av C^q+komponenter til bensin og lavtkokende forbindelser bli holdt på et minimum, slik at produktet inneholder få eller ingen C-^g^. forbindelser utover det som var tilstede i det.opprinnelige utgangsmaterialet. Det er således ingen omdannelse til forbindelser som koker
under det nevnte destinasjonsområdet (dvs. under ca. 165°C) .
Oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av de følgende eksempler, hvor alle prosentsatser og mengder er pr. vekt, hvis intet annet er angitt.
Eksemplene 1-8 illustrerer fremstillingen av en høysilikat-holdig zeolit beta. Eksempel 9 illustrerer fremstillingen av høysilikatholdig zeolit ZSM-20. Eksempel 10 illustrerer fremstillingen av høysilikatholdig.zeolit Y.
Eksemplene 1- 5
Prøver av zeolit beta i hydrogenformen og med siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-forhold på 30:1 og en. 100% krystallinitet ble behandlet med et overskudd av saltsyre med varierende norma-
litet ved 25°C eller 95°C under koking med tilbakeløp i variable tidsrom slik dette er vist i. Tabell 1. Siliciumdioksyd : aluminiumoksyd-f orholdene i produktene ble bestemt ved en ammoniakkdesorbsjons termogravimetrisk analyse (TGA) og krystalliniteten ble bestemt ved hjelp av røntgentoppområdene. Resultatene er vist i Tabell 1.
Sammenligning mellom Eks. 1 og 2 viser at dealuminiseringen skjer lett både ved romtemperatur og svakt forhøyet temperatur, skjønt graden av dealuminisering.er relativt liten med syre av denne konsentrasjon. Bruken av mer konsentrert syre som i Eks. 3 og 4 gir langt høyere grad av dealuminisering med et svakt tap av krystallinitet, men produktet forblir i alt vesentlig en krystallinsk zeolit. Forlenget behandling som vist i Eks. 5 gir en ytterligereøkning av siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-f orholdet med et relativt lite tap av krystallinitet, noe som indikerer en større stabilitet for zeolitten overfor syre-angrep ved høyere siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold.
Eksemplene 6- 8
Prøver av zeolit beta med siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold (volumprøven) på 21/3:1, 23:1 og 35:1 ble kalsinert i strøm-mende nitrogen, idet man øker temperaturen fra romtemperatur til 500°C med l°/min. og så holde zeolittene ved 500°C i 4 timer. Ved 500°C ble zeolittene luftkalsinert ved å øke luftkonsentra-sjonen fra 15 til 30, 50, 70 og til slutt til 100% med en halv times intervaller og så holde zeolitten . i 100% luft i ytterligere 5 timer.
Ca. 5 g av hver av de kalsinerte zeolittene ble så behandlet på følgende måte:
Resultatene er angitt i Tabell 2.
Eksempel 9
Ammoniumutbyttet TEA NaZSM-20 (siliciumdioksydraluminiumoksyd-forhold på 10:1) ble kalsinert i strømmende nitrogen ved 300°C
i 4 timer fulgt av en oppvarming til en sluttemperatur på 50 0°C over ytterligere 4 timer. Det fremstilte produkt HNaZSM-20
ble behandlet med ammoniakk og deretter ammonium; utbyttet med 0,5 M NH4C1 under koking med tilbakeløp ved 100°C, vasket fritt for klorid med vann og tørket ved 120°C. Nevnte NH4ZSM-20 ble så kalsinert ved 760°C i 3 timer i en tett, lukket digel for å hindre at ammoniakk og vann unnvek. Den ultrastabile HZSM-20 (US) ble behandlet med ammoniakk og ammonium\ utbyttet med IM NH4C1 under koking med tilbakeløp ved 100°C i 1 time, vasket med vann og tørket ved 120°C. Det tørkede produkt NH4ZSM-20(US)
ble kalsinert ved 815°C i tre timer i en tett lukket digel,
og etter avkjøling ble det kalsinerte produkt utrørt i vann (2,5 g zeolit pr. 200 ml vann) og IN HC1 ble langsomt tilsatt til man fikk en 0,2 N HCl-konsentrasjon. Suspensjonen ble kokt under tilbakeløp i 1 time ved 100°C og man fikk fremstilt dealuminisert HZSM-20 (USD) som ble vasket med vann og tørket ved 120°C.
Produktet hadde et siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på 226:1 ved TGA/NH^ desorbsjon (20°C, min. \ heliumatmosfære)
en krystallinitet på 55% i forhold til en antatt verdi på 100% av det opprinnelige NH^ZSM-2 0 (krystallinitet ble bestemt ved røntgentopper) og en n-hexan "cracking"-aktivitet på 0,01 sammenlignet med 0,76 for det opprinnelige produkt, dvs.. NH4ZSM-20 (100 mg prøver ved 400°C i et par minutter ved
13,3 kPa i helium, prøve kalsinert i luft ved 540°C før bruk).
Eksempel 10
En prøve av NaY zeolit med siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på 5,23:1 ved en volumprøve, ble omdannet til ultrastabilt zeolit Y ved ammoniumutbytning og kalsinering i hitrogen som beskrevet i Eks. 9, fulgt av ammoniakkbehandling og ammoniumutbytning og dypsjiktkalsinering ved 760°C i 3 timer i en tett, lukket digel. Den fremstilte ultrastabile zeolit Y, HY (US) ble igjen behandlet med ammoniakk .og ammoniumutbyttet, fulgt av dypsjiktskalsinering ved 815°C i 3 timer.
Prøver av nevnte ultrastabile zeolit Y ble så ekstrahert med
HC1 ved 90°C i 4 timer, idet man brukte forskjellige syrekon-sentrasjoner. De ekstraherte prøver ble så analysert for et strukturelt siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold ved volum-prøve og en TGA/NH^-desorbsjon. Man bestemte også n-hexan "cracking"-aktiviteten ved hjelp av betingelser som nevnt i Eks. 9. Resultatene er <rangitt. i Tabell 3.
E ksemplene 11- 15
Prøver av fem forskjellige zeolitter ble undersøkt for isomeri-seringsaktivitet ved å bruke n-hexadekan som utgangsmateriale. Zeolittene var en lavnatrium NH^-Y-zeolit med siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-forhold på 5:1,(Eks. 11), en kommersiell ultrastabil zeolit Y fra Linde (eks. 12), en dealuminisert zeolit Y med siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på 75:1 (eks. 13) og to prøver av zeolit beta i den syntetiserte formen med siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-f orhold på 30:1 og 80:1, henholdsvis, (eks. 14 og 15). Tabell 4 nedenfor angir, siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-forholdet for disse zeolittene, både ved en volumprøve og ved TGA/NH^-desorbsjon. Både den ultrastabile Y-zeolitten og den syreekstraherte dealuminiserte Y-zeolitten inneholder betydelige mengder aluminium.som ikke inngår i krystallgitteret.
De syntetiserte zeolitter ble kalsinert i strømmende nitrogen ved 500°C i 4 timer fulgt av luft ved sammetemperatur i 1 time. De fem zeolittene ble utbyttet til ammoniumformen med 1 M NH^Cl-oppløsning ved 90°C og koking under tilbakeløp i 1 time. De ble3å kalsinert i strømmende nitrogen ved 500°C i 4 timer og gitt en ytterligere NH^Cl utbytning i én time. Palladium ble ført inn i zeolittene ved ioneutbytning av tetraminkomplek- set ved romtemperatur over natten. Det palladiumutbyttede materiale ble så vasket og tørket ved 13 0°C. De ferdie katalysatorer som inneholder ca. 2 .vekt% pD ble pelletert, knust og siktet til 0,35 til 0,5 mm i partikkelstørrelse før bruk. 1 ml av katalysatoren ble blandet med 3 ml av 0,35 til 0,5 mm vasket kvartsgrus ("Vycor") og så plassert i en reaktor av rustfritt stål. Katalysatoren ble så redusert i strømmende nitrogen ved 370°C i én time ved atmosfærisk trykk. Før til-førsel av det flytende utgangsmaterialet ble reaktoren av-kjølt til 250°C og satt under trykk med hydrogen til det for-ønskede trykk.
Væske- og gassprodukter ble oppsamlet ved romtemperatur og atmosfærisk trykk, og de samlede gass- og væskeprodukter ga en materialbalanse på over 95%.
Først ble de tre Y zeolittene prøvet ved en temperatur på 250-315°C, 3.550 kPa, 2 LHSV, H2/hexadekan- 25:1. Resultatene som viser mengdeforholdet av de forskjellige produkter er vist på fig. 1 på de vedlagte tegninger. Figuren viser at siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdet i katalysatoren har en vesentlig effekt på isomeriseringens selektivitet (Iso): idet et økende siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold i gitter-verket reduserer antall syreposisjoner. i katalysatoren, noe som reduserer "cracking"en og bedrer isomeriseringsselektiviteten. I tillegg til dette viser høysilikatholdige Pd/Y-katalysatorer meget liten elding, mens lavsilikatholdige Pd/Y (SiO^/Al2°3=5) katalysatorer en rask deaktivering (mer enn 10°C pr. døgn ved 4 0% omdannelse);.
De resultater som ble oppnådd med nevnte Pd/De-Al Y-katalysator.-. ved forskjellige temperaturer (eks. 13) er vist på fig. 2.
Det skjer i alt vesentlig ingen "cracking" opp til ca. 4 0% omdannelse, og det maksimale isomeriseringsutbyttet er ca.
6 0% ved 80% total omdannelse.
De resultater man oppnådde med de to zeolit beta-katalysatorene
(eks. 14 og 15) er vist på fig. 3 og 4. Fig. 4 viser klart effekten av siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-forholdet. I tillegg til dette har den beta-baserte katalysatoren bedre iso-meriseringsselektivitet enn zeolit. Y-basert katalysator med samme siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forholdo(konf. fig. 2).
En blanding av C]_o~C]_6 n-parafiner ble også ført over katalysatorene fra Eks. 13 og 15 i en ytterligere isomeriserings-undersøkelse. Sammensetningen av utgangsmaterialet er vist i Tabell 5.
Utgangsmaterialet ble ført over katalysatorene ved 2 LHSV ved 3.550 kPa ved temperaturer fra 250°-300°C. Resultatene er angitt i Tabellene 6 og 7 for katalysatorene fra Eks. 13 og 15 henholdsvis.
Resultatene i Tabellene 6 og 7 viser at langkjedede parafiner fortrinnsvis blir omdannet til lettere parafiner.
Produktfordelingen for katalysatorene fra Eks. 13 og 15 er vist på fig. 5 som en funksjon av n-C .^-omdannelsen. Helle-punktet for C^Q+-væskeproduktet.er vist i fig. 6 som en funksjon av C^g-omdannelsen, og det kan bemerkes at man fikk et høyt utbytte av et produkt med lavt hellepunkt véd at man får en selektiv isomerisering av langkjedede parafiner ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte. På denne måten kan voksholdige utgangsmaterialer meget effektivt avvokses med minimal grad av "cracking".
Fig. 7 summerer opp den relative isomeriseringen og "cracking"s-aktiviteten for de forskjellige zeolittene ved forskjellige totale omdannelser og for forskjellige siliciumdioksyd: aluminiumoksyd-forhold i zeolittende (verdiene for nevnte forhold er gitt i parenteser på figuren).

Claims (13)

1. Isomeriseringsprosess, karakterisert ved at et hydrokarbonutgangsmateriale bestående av langkjedede n-parafiner under isomeriseringsbetingelser kontakter en katalysator bestående av en krystallinsk, storporet zeolit med siliciumdioksyd:aluminiumoksyd-forhold på mer enn 10:1, og en hydrogeneringskomponent for å omdanne nevnte n-parafiner til iso-parafiner.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrokarbonutgangsmaterialet har et kokeområde fra 150 til 560°C.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at hydrokarbonutgangsmaterialet har et kokeområde fra 340 til 540°C.
4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at zeolitten har et siliciumdioksyd-:aluminiumoksyd-forhold på minst 50:1.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at zeolitten har et siliciumdioksydaluminium-oksyd-forhold på minst 100:1.
6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-5, karakterisert ved at zeolitten har en "constraint index" på opptil 2,0 og en hydrokarbonabsorbsjonskapasitet på minst 5 vekt%.
7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6, karakterisert ved at zeolitten er en ZSM-20-zeolit.
8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6, karakterisert ved at zeolitten er en zeolit Y.
9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-8, karakterisert ved at hydrogeneringskomponenten er et metall fra gruppe VIIIA i det periodiske system.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at hydrogeneringskomponenten innbefatter platina.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at hydrogeneringskomponenten innbefatter palladium.
12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-11, karakterisert ved at utgangsmaterialet kontakter katalysatoren i nærvær av hydrogen.
13. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-12, karakterisert ved at utgangsmaterialet kontakter katalysatoren ved en temperatur fra 150-500°C, et trykk på opptil 25.000 kPa og en romhastighet på 0,1 til 10.
NO831712A 1982-05-18 1983-05-13 Isomeriseringsprosess. NO831712L (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37942382A 1982-05-18 1982-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO831712L true NO831712L (no) 1983-11-21

Family

ID=23497213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO831712A NO831712L (no) 1982-05-18 1983-05-13 Isomeriseringsprosess.

Country Status (20)

Country Link
EP (1) EP0094826B1 (no)
JP (1) JPS58210029A (no)
KR (1) KR900005096B1 (no)
AT (1) ATE18917T1 (no)
AU (1) AU562783B2 (no)
BR (1) BR8302594A (no)
CA (1) CA1219606A (no)
DE (1) DE3362760D1 (no)
DK (1) DK219983A (no)
ES (1) ES8502070A1 (no)
FI (1) FI73367C (no)
GR (1) GR78564B (no)
IN (1) IN158364B (no)
MY (1) MY8700244A (no)
NO (1) NO831712L (no)
NZ (1) NZ204088A (no)
PH (1) PH17920A (no)
PT (1) PT76704B (no)
SG (1) SG77086G (no)
ZA (1) ZA833590B (no)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6204426B1 (en) * 1999-12-29 2001-03-20 Chevron U.S.A. Inc. Process for producing a highly paraffinic diesel fuel having a high iso-paraffin to normal paraffin mole ratio
US7279018B2 (en) 2002-09-06 2007-10-09 Fortum Oyj Fuel composition for a diesel engine
JP4848191B2 (ja) * 2006-02-13 2011-12-28 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 合成油の水素化処理方法
JP4908022B2 (ja) * 2006-03-10 2012-04-04 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 炭化水素油の製造方法および炭化水素油
US20090300971A1 (en) 2008-06-04 2009-12-10 Ramin Abhari Biorenewable naphtha
US8581013B2 (en) 2008-06-04 2013-11-12 Syntroleum Corporation Biorenewable naphtha composition and methods of making same
US8231804B2 (en) 2008-12-10 2012-07-31 Syntroleum Corporation Even carbon number paraffin composition and method of manufacturing same
JP5068299B2 (ja) * 2009-10-19 2012-11-07 出光興産株式会社 パラフィン系炭化水素の異性化触媒の製造方法、異性化方法
US9328303B2 (en) 2013-03-13 2016-05-03 Reg Synthetic Fuels, Llc Reducing pressure drop buildup in bio-oil hydroprocessing reactors
US8969259B2 (en) 2013-04-05 2015-03-03 Reg Synthetic Fuels, Llc Bio-based synthetic fluids

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1494314A (en) * 1974-01-03 1977-12-07 Shell Int Research Zeolite preparation process
JPS5121802B2 (no) * 1974-04-30 1976-07-05
BE840972A (fr) * 1975-04-29 1976-10-21 Conversion d'hydrocarbures
DD121924A1 (no) * 1975-09-22 1976-09-05
JPS5444000A (en) * 1977-09-14 1979-04-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Molding material for magnetic recording head element
GB2041397B (en) * 1979-01-23 1983-03-09 Mobil Oil Corp Reforming process
US4232181A (en) * 1979-06-28 1980-11-04 Norton Company Hydroisomerization of pentane utilizing Pd exchanged mordenite

Also Published As

Publication number Publication date
KR840004778A (ko) 1984-10-24
PT76704B (en) 1985-11-28
CA1219606A (en) 1987-03-24
IN158364B (no) 1986-11-01
MY8700244A (en) 1987-12-31
FI831726A0 (fi) 1983-05-17
GR78564B (no) 1984-09-27
AU1437483A (en) 1983-11-24
BR8302594A (pt) 1984-01-17
ATE18917T1 (de) 1986-04-15
FI73367C (fi) 1987-10-09
DK219983A (da) 1983-11-19
JPH049773B2 (no) 1992-02-21
DK219983D0 (da) 1983-05-17
ZA833590B (en) 1984-12-24
EP0094826B1 (en) 1986-04-02
ES522484A0 (es) 1984-12-16
EP0094826A1 (en) 1983-11-23
SG77086G (en) 1987-02-27
JPS58210029A (ja) 1983-12-07
NZ204088A (en) 1986-03-14
PH17920A (en) 1985-01-31
FI831726L (fi) 1983-11-19
FI73367B (fi) 1987-06-30
KR900005096B1 (ko) 1990-07-19
ES8502070A1 (es) 1984-12-16
DE3362760D1 (en) 1986-05-07
PT76704A (en) 1983-06-01
AU562783B2 (en) 1987-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0095303B1 (en) Catalytic dewaxing process
US4501926A (en) Catalytic dewaxing process with zeolite beta
US4518485A (en) Hydrotreating/isomerization process to produce low pour point distillate fuels and lubricating oil stocks
US4554065A (en) Isomerization process to produce low pour point distillate fuels and lubricating oil stocks
US4428819A (en) Hydroisomerization of catalytically dewaxed lubricating oils
US4486296A (en) Process for hydrocracking and dewaxing hydrocarbon oils
US4500417A (en) Conversion of Fischer-Tropsch products
US4855530A (en) Isomerization process
JPH0781147B2 (ja) 接触脱ロウ方法
EP0094827B1 (en) Simultaneous catalytic hydrocracking and hydrodewaxing of hydrocarbon oils with zeolite beta
US4913797A (en) Catalyst hydrotreating and dewaxing process
US4137152A (en) Selective high conversion cracking process
JP2002534557A (ja) 低圧水素化分解方法
US4962269A (en) Isomerization process
NO831712L (no) Isomeriseringsprosess.
CA1204717A (en) Hydrocracking process with improved distillate selectivity
CA1226268A (en) Catalyst and process for hydrocracking and dewaxing hydrocarbon oils
US5284573A (en) Simultaneous catalytic hydrocracking and hydrodewaxing of hydrocarbon oils with zeolite beta
EP0149875B1 (en) Hydroisomerization of catalytically dewaxed lubricating oils