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"Catalyseurs d'hydrogénation sélective",,
La présente invention se rapporte à des catalyseurs solides, en partioulier des catalyseurs améliorés destinés à. une hydrogénation sélective, dans lesquels du palladium est utilisé avec un support d'alumine. Les catalyseurs préparés conformément à la présente invention sont spécialement utiles pour l'hydrogénation des acétylènes, en particulier l'hydro- génation des acétylènes provenant d'un flux gazeux contenant des oléfines,
Les catalyseurs d'hydrogénation à base de palladium
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sont bien connus dans la.
pratique. Ils sont préparés sous de nombreuses façons, par exemple par imprégnation d'un support absorbant à l'aide d'une solution de sel métal- lique noble et ensuite par évaporation de la solution dudit sel en présence du support. Un autre procédé comprend la précipitation de l'hydroxyde de palladium en présence d'un support inerte par addition d'une solution de chlorure de palladium à une solution chaude de oarbonate de sodium, dans laquelle le support est en suspension.
Un autre procédé oonsiste à ajouter du carbonate à la solution de chlorure de palladium. 'Les catalyseurs préparée au moyen de ces pro- oédés connus sont des catalyseurs d'hydrogénation actifs, mais étant donné que leur usage n'entraîne pas des vitesses d'hydrogénation élevées lorsqu'ils sont utilisés avec des flux gazeux de faible concentration, ils ne sont pas oom- plètement efficaces.
Une large variété de supports a été utilisée dans les catalyseurs destinés à l'hydrogénation sélective des acéty- lènes, en particulier les supports employés normalement dans les réactions de catalyse ou d'hydrogénation. A titre d'exem- ple, il peut être cité la terre a'infusoires, comme le kie- selgur, et d'autres matières siliceuses; les sels inorgani- ques, comme le sulfate de baryum, et les matières carbonées, comme le carbone activé. De grandes quantités d'alumine sont utilisées comme supports pour des catalyseurs d'hydrogénation à base d'un métal noble,en particulier comme supporta pour des catalyseurs au palladium.
Toutefois, il est reconnu à présent que les propriétés physiques des différentes alumines, comme par exemple la zone superficielle, les dimensions des pores ou la répartition des dimensions des pores et autres, doivent se situer dans des limites étroites pour les différen- tes réactions. Ainsi, en traitant sélectivement une molécule
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d'un ordre de grandeur particulier, il est souvent avanta- geux de disposer d'une dimension de pore d'alumine particu- lière. D'autre part, une zone superficielle spéciale pré- sente des avantages dans certaines circonstances et des in- convénients dans d'autres.
Ainsi, le brevet US.3.113.980 se rapporte à des catalyseurs pour des réactions d'hydrogénation modérées, au cours desquelles les catalyseurs doivent avoir une faible zone superficielle et un rayon de pore moyen, étroit et spécifique. Les oatalyseurs, envisagés dans le brevet U.S. 3.113.980, contiennent du palladium dans l'ordre 'de 0,01 à 5 % en poids, soutenu par un support d'alumine.
Néanmoins, le support doit posséder une zone superficielle de 5 à 65 mètres carrés par gramme, en plus de la répartition étroite du rayon des pores. Ces catalyseurs, décrits dans le brevet U.S. 3.113.980, ont un rayon de pore moyen de 100 à 1400 unités Anghström et une zone superfioielle de 65 à 5 mètres carrés par gramme, de préférence 30 à 10 mètres carrés par gramme,
Conformément à la présente invention, il est prévu un catalyseur approprié à diverses réactions d'hydrogénation et un catalyseur qui se comporte en particulier aussi bien qu'un, catalyseur d'hydrogénation sélective dans les conditions expiées au bre@et U.S. 3.113.980.
Ce catalyseur contient également du palladium dans l'ordre de 0,01 à 5 % en poids par rapport aux poids des catalyseurs totaux, de préférence 0,01 à 0,5 %,
Toutefois, les propriétés physiques des catalyseurs de la prusente invention, constituent une modification de ceux du brevet U.S. 3.113.960. Leu catalyseurs confornes à l'in- vention sont caractérisés par trois desideratat
Le palladium doit être uniformément réparti dans le support entier du catalyseur.
Il ne peut se trouver que sur
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EMI4.1
r- y.;r. ::';"; " . ''t . la, surface .,d:11Jf ,b. rô.',..o7:1le-Oi, 2. >-." "P- L' impor;l't,p:01nf!?e' de porèadoi't être plus petit que ;1 , ü2 1 n; ^' "' 800 unités Arl).6'"(r)'1)e' préféxence, plus des 50 % des 3 e T av . pores Bont K"Ô r... ;1 A. o pores sont ';Lnfér1aÚFS" à;',3'SO A..
EMI4.2
L'alumine"doit présenter une zone superficielle d'en- viron 80 mètres cîaLr-r6B',-ar gramme; de préférence plus de 100.
Des alumines présentant ces propriétés physiques
EMI4.3
relatives .a= pores et à la zone superficielle sont disponibles et dans le brevet U.S. 2.894.898. Tou- tefois, l'alumine préférée est celle obtenue par la calcina- tion d'alumine contenant-.une quantité prédominante de trihy- drate d'alumine cristalline en mélange avec un monohydrate d'alumine amorphe, préparé conformément à la demande de bre- vet n 503.021 déposée le 7 janvier 1966. Cette alumine est
EMI4.4
obtenue par précipitation de llal-umine sous forme hydratée à partir d'une solution,, aqueuse d'un aluminate de métal al- - .#.";. ;
'".l câlin par réaction.de ,cet aluminate avec du bioxyde de car- bone dans des côiâ.tions# contr8les,, Cette alumine présente un très petit hün'bxe 'de pores plus grands)que 800 unités Ang- strtim. La oalpiùaiion réduit en'outre, la dimension des pores, @ de sorte que la gronde majorité de ces derniers sont dans un ordre inférieur à 350 uni tés Angström.
Comme indiqué précédemment, l'activeur palladium ne peut pas se trouver uniquement sur la surface du support. Il doit être uniformément réparti dans'le support entier d'alu- mine, Il existe fieux procédés pour s'assurer que l'aotiveur palladium est uniformément réparti dans les supporte entiers d'alumine, L'un.de ceux-ci consiste à mélanger ou à broyer la composition avant qu'elle ne soit séchée, Toutefois, le procédé préféré, permettant de s'assurer que le palladium est uniformément réparti, comprend la sélection d'un sel métal- lique noble. il a été constaté par exemple que si du PdCl2
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est utilisé, le palladium n'est pas réparti dans l'alumine entière.
Si des pastilles d'alumine sont plongées dans une solution de PdCl2, le palladium reste sur la surface du support d'alumine ou à proximité de celle-ci. Néan- moins, si des comprimés ou des pastilles d'alumine sont plongés dans une solution aqueuse de Pd(NH3)2Cl2, le pal- ladium pénètre dans le support et est uniformément réparti dans les comprimés entiers après séchage.
Un procédé préféré pour la préparation des cataly- seurs conformes à l'invention comprend les stades suivants :
1. Extrusion de l'alumine spéciale en pastilles d'une dimension désirée;
2. Séchage des pastilles;
3. Calcination des pastillies à 2000 F (1093 C);
4. Détermination du volume d'eau nécessité pour sa- turer complètement le support, sans excès d'eau ou sans eau libre restante (ordinairement 100 livres de support par char- ge discontinue, soit 45,3592 kg);
5. Pour chaque 100 livres de support (45,3592 kg), placement de 0,03 à 0,1 livre (0,0136) à 0,0453 kg) de palla- dium (comme chlorure d'amine) dans un récipient, puis dilu- tion au volume prédéterminé;
6.
Submersion complète de 100 livres de support (45,3592 kg) dans la solution de Pd(NH3)2Cl2;
7. Abandon à soi-même du catalyseur pendant 30 mi- nutes; séchage à 250 F (121 C);
8. Calcination du catalyseur imprégné de palladium à 650-1200 F (343 à 677 C).
L'effet des propriétés physiques du support conforme à l'invention et de la répartition uniforme du palladium dans le support entier est mieux démontré par des exemples spécifiques. Ceux-ci sont donnés, bien entendu, à titre d'exem- ple uniquement.
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EMI6.1
"'Exem'Ple' 1. . 1 - ' - \ '<- - t ' Deux catalyseurs ont été préparés en respectant les t huit phases exposées ci-avant:. Dans le =cas ,du catalyseur A,
EMI6.2
une quantité suffisante'de Pd(NH, )2C a été' utilisée en - liaison aveo des comprimés d'alumine pour donner un oataly- ' seur contenant 0,035 % de palladium. ,Au cours du procédé de submersion, le palladium a pénétré complètement dans les com- primés de support, Le catalyseur B a été préparé à partir d'une solution aqueuse de PdCl2 d'une manière similaire. Ce catalyseur présente 0,035 % de palladium déposé dans une cou- che sur sa surface.
L'alumine utilisée comme support pour
EMI6.3
les deux catalyseurs A et B a été préparée par précipitation du bioxyde de carbone conformément à l'exemple1 de la deman-
EMI6.4
de de brevet nO 532,021, Il présentait une zone superficielle de (S,A.)119 M2/gramme et les 90 % environ de ces pores étaient d'un ordre de grandeur de'0 à 350 . Les résultats des hy- drogénations sélectives réalisées en utilisant les catalyseurs A et les catalyseurs B sont donnés au tableau ci-après. La composition du flux gazeux, les conditions du procédé et les résultats figurent également au tableau. L'hydrogénation a été réalisée en faisant passer le courant gazeux, qui contient de l'hydrogène, à travers un réacteur comprenant des particules de oatalyseurs.
Tableau I.
Hydrogénation sélective.
Composition du-gaz
EMI6.5
C2H2 OP244 % CO t 0,17 %
EMI6.6
a 2 H 4 39,3 % c 3 H 6 t 10,0 '% " '1 , H2 t 15.4 , N2 : 34-,906% J - .. 1 ':,'. j r
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Conditions du procédé
EMI7.1
Vitesse spatiale 5000 ou.ft./cu.ft./heure (14,158 m3/ 1 28,317 m3/heure) Pression:
175 psig (12,30 kg/cm2) Température:comme donné au tableau.
EMI7.2
Catalyseur A PD(NE 3)2 ci2 palladium dans le Temp.dlentrée en C2 H2sorti .8ulp port entier¯¯¯ 9 C Perte en CPH4
EMI7.3
<tb> 100 <SEP> 37,8 <SEP> 1720
<tb>
<tb> 120 <SEP> <SEP> 49 <SEP> <SEP> 952 <SEP> 0
<tb>
<tb> 130 <SEP> <SEP> 54 <SEP> <SEP> 829 <SEP> 0
<tb>
<tb> 140 <SEP> 60 <SEP> <SEP> 326 <SEP> 0
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
EMI7.4
Catalyseur B pdo'2 Couche de pal 1 adium Temp,d'entrée C2H2 sorti,ppm sur la surface
EMI7.5
<tb> Perte <SEP> en <SEP> C2H4 <SEP> %
<tb>
EMI7.6
1000P 25.0
EMI7.7
Le tableau 1 montre que si le palladium n'est pas -un''fermement réparti dans le support d'alumine entier,
même Fil le support presente les caractéristiques physiques esentie11ef -un catalyseur de ce type ne fonctionne pas adéquatement dans 1> icniénatior, sélective des acétylènes en présence de l' éthy- lè.. '0: (',trr,njc? Indiqué au. tableau If les 25 1- de l'éthylène .Jxt été h,Vd1"';généa en plus de l'acétylène, lorsque le palladium ,. tr 1 :1 t Iml .:rU::lent sur la surface <.u support. Par consé,::'1.(;' il in Vi..:: ét{' nécessa: "ê d'augmenter la température, puisque ce..i conduit à une h-rdr"t,..énation de quantités supplémentaires cléthylère.
'.lie autre 0""";:" riison du palladium, uniformément re- parti, a celui déroti6 uniquement BW la surface est donné dans le tableau I A. LOb c.-to.Lys:uz s Ç t-+, 1. ont été préparée con-
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fermement à l'exemple l'utilisant la même source d'alumine.
Dans le catalyseur C, le palladium est réparti dans le sup- port entier,, tandis que, dans le catalyseur D, il est situé à la surface de celui-ci.
Tableau IA
Hydrogénation sélective,
EMI8.1
<tb> Composition <SEP> du <SEP> gaz <SEP> (pourcent)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 0,19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 0,17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 38,0 <SEP> .
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
H2 <SEP> 16,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> 35,34
<tb>
EMI8.2
Condi tiona du procède Vitesse spatiale : 1 5000 Pression! 175 psig (12,30 kg/cm2) Température !comme donné..
Catalyseur 0
Pd
EMI8.3
entîèrement réparti Temps 02% "PL2 "otï Perte en a2"4 S.A..117 i.000? entrant 21.0-M 5
EMI8.4
<tb> (ppm)
<tb> (37,8 C) <SEP> 1900 <SEP> 225 <SEP> 0
<tb>
EMI8.5
Catalyseur D Pd sur la surface SsA. 116 1000? 1300 0 34,7
EMI8.6
<tb> (37.8 C)
<tb>
Le tableau lA montre de nouveau les avantages d'une distribution du palladium dans la totalité des comprimés ou pastilles du catalyseur. Dans les deux exemples, les 50 % au moins des pores étaient d'un ordre de grandeur de 0 à 350 .
Les deux tableaux I et I A illustrent le procédé préféré permettant d'obtenir une répartition du palladium
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dans le support entier. Néanmoinscomme indiqué précédem- ment, une répartition, du palladium, quelque peu moins effi- oaoe, peut être obtenue par mélange intime. Ceci est démon- tré dans l'exemple 2,
Exemple 2.
Un catalyseur a été préparé en mélangeant intimement du chlorure de palladium avec de l'alumine préparée selon l'exemple 1 de la demande de brevet n 532.021. Cette alu- mine particulière présente une zone superficielle de 86 mm2/ gramme et les 80 % au moins de ses pores sont de l'ordre de 0 à 350 . Un catalyseur final contient 0,035 % de palla- dium basé sur le catalyseur. Des résultats d'un procédé d'hydrogénation séleotive sont donnés au tableau II.
Tableau II
Hydrogénation sélective Composition du gaz H2 : 14 CO t 0,1 C2H2 : 775 ppm C4H6 : 0,33 C3H6 : 15 CH2H4 : 40 N2 t solde Conditions de la réaction Vitesse spatiale 5000 Pression : 150 psig (10,54 kg/om2) Température t comme donné
EMI9.1
<tb> Température <SEP> C2H2 <SEP> entrant <SEP> C2H2 <SEP> sorti <SEP> Perte'en <SEP> C2H4 <SEP> ()
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 37,8 <SEP> 775 <SEP> ppm <SEP> 590 <SEP> ppm <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 125 <SEP> 51,5 <SEP> 775 <SEP> 414 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66, <SEP> 775 <SEP> 75 <SEP> 0.7
<tb>
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L'effet de l'orientation du palladium a été illus- tré par les exemples suivants.
Une autre nécessité, simul- tanément à une zone superficielle supérieure à 80 m2/gramme, est la structure poreuse essentielle du catalyseur, dont au moins les 50% des pores sont plus petits que 800 1. De ' préférence, les 50 à 98% des pores sont plus petits que 350 , bien que pas plus de 5 % des pores ne sont plus grands . que 800 A. En vue de montrer l'effet de la dimension des pores, l'exemple 3 est donné ci-dessous.
Exemple
Les catalyseurs utilisés au cours de ces essais d'hy- drogénation des acétylènes sont tous deux des bases de cata- lyseurs à l'alumine, disponibles commercialement, imprégnées
EMI10.1
de Pd(NH3)2012 conformément à l'exemple 1, chacun des deux catalyseurs (E et F) oontenant 0,035 % de palladium en poids.
Le catalyseur E et le catalyseur il, ont tous deux des zones superficielles supérieures à 80 m2/gramme. Toutefois, dans le catalyseur E, les 39 % de ses pores sont uniquement de l'ordre de 0 à 800 . le restant étant plus grand que 800 .
Dans le catalyseur F, les 84 % des pores sont de l'ordre de 0 à 800 . Les résultats des hydrogénations de l'acétylène, réalisées en utilisant ces deux catalyseurs, sont les suivants:
Tableau III
EMI10.2
ll.yclrog6nation sélective
EMI10.3
composition du gaz (pourcent)
EMI10.4
<tb> C2H2 <SEP> 0,21
<tb> CO <SEP> 0,12
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 30,0
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10,0
<tb>
<tb> H2 <SEP> 16,3
<tb>
EMI10.5
N2 43,37. .. "
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Conditions Vitesse spatiale :
5000 pression175 psig (12,30 kg/om2)
EMI11.1
<tb> Catalyseurs <SEP> Température <SEP> C2H2 <SEP> sorti <SEP> Perte <SEP> en <SEP> C2H4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> plus <SEP> de <SEP> 120 F <SEP> emballement <SEP> de <SEP> la <SEP> température
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (49 C) <SEP> imputable <SEP> à <SEP> l'hydrogénation <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> l'éthylène
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 130 <SEP> 54 <SEP> 618 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 145 <SEP> 63 <SEP> 75 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 38 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 162 <SEP> 72 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
D'âpres le tableau III,
il est évident que même si les deux catalyseurs au palladium présentent des zones su-
EMI11.2
perficielles supérieures à 6om2/grammet des résultats dif- férents sont néanmoins obtenus dans le cas de différentes grandeurs de dimensions de pores. Grâce à ces deux cataly- seurs, présentant le même ordre de zone superficielle, la
EMI11.3
grande n.ajor1 té des petits pores résulte en une bonne sélec- tivité. Toutefois, la sélectivité est tellement faible dans le cas du catalyseur comportant une large majorité d,, grands
EMI11.4
pores, o'est-à-dire deux au-dessus de 800 A, que l'hyrog- x .: n de 3' û. j 1 tne crée une augmentation excessive de la tri, 5r'j,-!;u.re.
On considère à présent les deux catalyseurs G et K pr°4ntant chacun une large majorité dé pores d'un ordre de 6.,7ande-ir inférieur à 80111. Ces caçalyxlurx ont toutefois das zo Ç. superficielles aifférente 4. Le catalyseur f a '.:.,: zone !J'..lperfic1el,lt:, dE; .? n2/gramme* Le catalyv4ux a une zon<- superficielle ie 119 m2 jgxmms, Lee résultats de l'utilisation de 0ea deux catalyseurs dans un réacteur pour 1-iià"'liJEénation ues coétyiënea sont du;:néf au tableau lit, les
<Desc/Clms Page number 12>
catalyseurs ayant été préparés selon le procédé de fabrica- tion des catalyseurs A de l'exemple 1, chaque catalyseur ayant été entièrement imprégné de 0,035 % de palladium.
Tableau IV
EMI12.1
<tb> Hydrogénation <SEP> sélective¯
<tb> Composition <SEP> du <SEP> 'gaz <SEP> (pourcent)
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 0,224
<tb>
<tb> CO <SEP> 0,17
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 39,3
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10,0
<tb>
<tb> H2 <SEP> 15,4
<tb>
<tb> N2 <SEP> 34,906
<tb>
Conditions Vitesse spatiale : 5000 Pression ::
175 psig (12,30 kg/om2)
EMI12.2
<tb> Catalyseur <SEP> Température <SEP> C2H2(ppm) <SEP> sortie <SEP> perte <SEP> en <SEP> C2H4(%)
<tb>
<tb>
<tb> op <SEP> C
<tb>
<tb> G <SEP> 115 <SEP> ' <SEP> 46- <SEP> 0 <SEP> 40.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H <SEP> 100 <SEP> 37,8 <SEP> 225 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
Les données montrent de nouveau les avantages d'une zone superficielle 'levée en combinaison avec une largemajo- rité de petits pores, ceux-ci étant de l'ordre de 0 à 800 , de préférence au-dessous de 350 , et les zones superficiel- les élevées se situant entre 80 à 300 m2/gramme, de préfé- renoé 90 à 200,
Au cours de la mise en oeuvre du présent, pro@ édé,
un flux gazeux d'éthylène, contenant de l'acéthylène à éliminer à partir de celui-ci, est mélangé à un flux gazeux d'hyaro- gène, pour autant qu'un excès d'hydrogène ne soit pas déjà présent dans le gaz éthylène-acétylène, le mélange résultant étant mis en contact avec l'un des catalyseurs décrits dans le présent mémoire. Le mélange gazeux peut contenir d'autres
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matières, comme par exemple des hydrocarbures qui relèvent normalement de la préparation du gaz contenant de l'éthylène, ainsi que de l'azote, du bioxyde de carbone, de petites quan- tités d'air et de la vapeur d'eau.
Le flux gazeux doit être exempt de composés contenant du soufre et, si besoin est, un absorbant de soufre:connu, comme par exemple une solution carbonatée alcaline contenant des arséniates ou des produits équivalents, peut être utilisé pour éliminer les composés du soufre à partir du mélange gazeux, avant de mettre ce mélange en contact avec le catalyseur d'hydrogénation.
Il est désirable d'utiliser les catalyseurs envisa- gés dans le présent mémoire et destinés à l'hydrogénation de l'acétylène, avant le fractionnement du flux d'acétylène.
Dans cet exemple, un grand excès d'hydrogène est.présent.
Dans d'autres exemples, la proportion d'hydrogène, qui doit être présente ou ajoutée au gaz éthylène, est égale au moins à la proportion nécessaire pour hydrogéner la totalité de l'acétylène présent dans le mélange, c'est-à-dire une mole ou plus d'hydrogène par mole d'acétylène. Un excès d'hydrogène par rapport à la quantité théoriquement nécessaire permettant une réaction avec la totalité de l'acétylène est ordinaire- ment requis au cours d'une opération pratique dans chaque cas.
Comme indiqué, l'hydrogénation sélective de l'acéty- lène à partir d'un flux d'éthylène, en utilisant un palladium supporté par de l'alumine activée, n'est pas nouvelle. Les conditions de la réaction connue sont envisagées dans le pré- - sent mémoire. Dans le but de catalyser l'hydrogénation des acétylènes, il est utilisé des températures de 100 à 400 F (37,8 à 204 C), des pressions de 15 à 1000 psig (1,05 à 70,30 kg/cm2) et des vitesses spatiales de 500 à 7000 volumes de gaz par volume de catalyseur par heure et même des vitesses plus élevées. Normalement, le flux gazeux contient moins de 2% d'acétylène.
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Ainsi, la présente invention prévoit un catalyseur sélectif pour l'hydrogénation de l'acétylène, lequel peut être comparé favorablement au catalyseur actuellement d'une large utilisation, A titre d'exemple, une comparaison du catalyseur A, conforme à la présente invention, à un cata- lyseur d'hydrogénation fortement sélective, disponible dans le commerce, soit le catalyseur J, est donnée dans les deux jeux de conditions des exemples 4 et 5.
Exemple 4
EMI14.1
<tb> Composition <SEP> du <SEP> flux <SEP> gazeux-% <SEP> en <SEP> volume
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 13,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétylène <SEP> 0,24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethylène <SEP> 36,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylène <SEP> 13,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétylène <SEP> du <SEP> méthane <SEP> 0,073
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butadiène <SEP> 0,156
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Azote <SEP> solde
<tb>
Conditions du procédé : pression du réacteur t 175 psig (12,30 kg/cm2) vitesse spatiale : 5500 volumes/heure/volume Catalyseurs utilisés Catalyseur A Catalyseur J
<Desc/Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Cata.. <SEP> Températures <SEP> Acétylène <SEP> perte <SEP> d'é- <SEP> polymère
<tb>
EMI15.2
lyseur Entrée Sortie dans le gaz ihylène,c" en dans le pro-;
EMI15.3
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> sortant <SEP> volume <SEP> duit <SEP> 10 <SEP> en <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 112 <SEP> 44 <SEP> 1100 <SEP> 0 <SEP> 0.0043
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 562 <SEP> 0 <SEP> 0.005L
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 162 <SEP> 72,2 <SEP> 79 <SEP> 0.28 <SEP> 0.0140
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 230 <SEP> 110 <SEP> Emballement <SEP> 27.5 <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 114 <SEP> 45 <SEP> 1224 <SEP> 0 <SEP> 0.0040
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 137 <SEP> 64 <SEP> 468 <SEP> 0 <SEP> 0. <SEP> 0079
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 160 <SEP> 71 <SEP> 55 <SEP> 0.19 <SEP> 0.0194
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 200 <SEP> 93 <SEP> Emballement <SEP> 25. <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4- plus la matière dans le gaz sortant du réacteur.
Exemple 5
EMI15.4
Çompos1 tion du flux gazeux!. 'i en volume
EMI15.5
<tb> Hydrogène <SEP> 13,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétylène <SEP> 366 <SEP> (ppm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethylène <SEP> 36,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> propylène <SEP> 13,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> scétylène <SEP> du <SEP> mé-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tnane <SEP> 0,043
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butadiène <SEP> 0,006
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Azote <SEP> solde
<tb>
EMI15.6
.Q21!Ji +,1 ')na du 'procédé pression du réacteur - 500 psig (35,15 kgl cm2) VitE'85C spatiale - '55')
0 vOluIn.ea/heure/vo1'UI1le i"alafLY'$ utilie41? Catalyseur A Catalyseur J
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
<tb> Cata- <SEP> Températures <SEP> Acétylène <SEP> Perte <SEP> d'éthy- <SEP> Polymère
<tb>
<tb>
<tb> lyseur <SEP> Entrée <SEP> Sortie <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> lène, <SEP> en <SEP> dans <SEP> le <SEP> pro-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> sortant <SEP> volume <SEP> " <SEP> duit <SEP> % <SEP> en <SEP>
<tb>
EMI16.2
1 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ rpmv volume (::1:
)
EMI16.3
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 113 <SEP> 44 <SEP> 113 <SEP> 0 <SEP> 0.0048
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 39 <SEP> 0 <SEP> 0.0092
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 155 <SEP> 69 <SEP> 5.1 <SEP> 0 <SEP> 0.0180
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 235 <SEP> 233 <SEP> Emballement <SEP> 33.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 115 <SEP> 46 <SEP> 120 <SEP> 0.0055
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 136 <SEP> 58 <SEP> 45 <SEP> 0 <SEP> 0.0102
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 160 <SEP> 71 <SEP> 7.2 <SEP> 0 <SEP> 0.0190
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 220 <SEP> '104 <SEP> Emballement <SEP> 39.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4 - plus la matière dans le gaz sortant du rédacteur.
Bien que le support préféré pour le catalyseur envi- Gagé dans le présent mémoire soit de l'alumine,une plus petite quantité, non supérieure à 30%, d'argile du type kaolin, peut être mélangée à l'alumine. Une comparaison d'un catalyseur modifié à l'argile, c'est-à-dire le cataly- seur K, aux catalyseurs A et J, est donnée dans l'exemple 6.
Le catalyseur K contient 30 % d'argile figuline de Old Hickory (n 5) en mélange avec l'alumine utilisée dans le catalyseur A, Le catalyseur présente une zone superficielle de 86 mè- tres carrés par gramme et les 68% environ de ses pores sont de l'ordre de 0 à 800 ,
Exemple 6
EMI16.4
<tb> Composition <SEP> du <SEP> flux <SEP> gazeux, <SEP> % <SEP> volume
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 13,0
<tb>
<tb>
<tb> Acétylène <SEP> 0,24
<tb>
<tb>
<tb> Ethylène <SEP> 36,0
<tb>
<tb>
<tb> Propylène <SEP> 13,0
<tb>
<Desc/Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb> Acétylène <SEP> du <SEP> méthane <SEP> 0,073
<tb>
EMI17.2
Butadiène 0,156 Azote solde Azote solde Conditions du procédé Pression du réacteur :
500 psig (35,15 kg/om2) Vitesse spatiale 1 5500 volumes/heure/volume
EMI17.3
CatalYSeurs utilisés: Catalyseur K Catalyseur A Catalyseur J
EMI17.4
<tb> Cata- <SEP> Températures <SEP> Acétylène <SEP> Perte <SEP> d'éthy- <SEP> Polymère
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lyseur <SEP> Entrée <SEP> Sortie <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> lène, <SEP> % <SEP> en <SEP> dans <SEP> le <SEP> pro-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> sortant <SEP> volume <SEP> duit%en
<tb>
EMI17.5
####.
######### pmv volume (x) ¯¯¯¯
EMI17.6
<tb> K <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 116 <SEP> 47 <SEP> 1038 <SEP> 0 <SEP> 0.0034
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 139 <SEP> 59 <SEP> 449 <SEP> 0 <SEP> 0.0073
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 161 <SEP> 72 <SEP> 71 <SEP> 0 <SEP> 0.0141
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 120 <SEP> 49 <SEP> 827 <SEP> 0 <SEP> 0.0022 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 212 <SEP> 0 <SEP> 0.0051
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 167 <SEP> 75 <SEP> 7. <SEP> 6 <SEP> 0.35 <SEP> 0.0126
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 265 <SEP> 129 <SEP> Emballement <SEP> 29. <SEP> 2 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 119 <SEP> 48 <SEP> 792 <SEP> 0.
<SEP> 0.0018
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 137 <SEP> 56 <SEP> 157 <SEP> 0 <SEP> 0.0048
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 163 <SEP> 73 <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 49 <SEP> 0.0125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 250 <SEP> 121 <SEP> Emballement <SEP> 32.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4- plus la matière dans le gaz sortant du réacteur.
Les données et les exemples précédents montrent qu'un catalyseur d'hydrogénation sélective, nettement marquant,
<Desc/Clms Page number 18>
résulte de la mise en pratique de la présente invention.
Lorsqu'elle est utilisée dans les compositions conformes à l'invention, l'argile du type kaolin est une matière provenant de la désagrégation naturelle du feldspath et comprend des kaolins primaires, comme par exemple la terre à porcelaine, ou des kaolins secondaires, comme l'argile figuline. Ces argiles sont des matières uniques que l'on trouve en grandes quantités dans la nature. Les argiles du type kaolin sont d'une essence plastique naturelle aux pro- priétés d'une uniformité remarquablement élevée et se compo- sent de silicium, d'oxygène et d'hydrogène conformément à la formule générale Al2O32SiO22H2O. On les mentionne quel- quefois comme comprenant des silicates d'aluminium, mais elles se composent probablement d'aoide aluminosilioique.
Cette modification de ces argiles et d'autres ramifications apparaîtront aux hommes de métier spécialisée dans la pré- sente technique. Ces changements sont inclus dans le cadre de la présente invention,
REVENDICATIONS. l.- Procédé pour l'hydrogénation aéleotive des acé- tylènes dans des gaz.contenant des oléfines, caractérisé en ce qu'il oomprend la réaction des gaz avec de l'hydrogène à une température élevée supérieure à 400 F (204 C) au con- taot d'un catalyseur d'hydrogénation d'une sélectivité amé- liorée, activé par du palladium, se composant en prédominance d'alumine et doté de 0,01 à 5 % en poids de palladium sur une base sèche, uniformément réparti dans la totalité d'un support contenant au moins 70 % d'alumine, le reste étant de l'argile, le support présentant une zone superficielle d'envi- ron 80 m2/gramme,
une majeure partie de ses pores étant d'un ordre inférieur à 800 unités Angström.
<Desc / Clms Page number 1>
"Selective hydrogenation catalysts",
The present invention relates to solid catalysts, in particular to improved catalysts intended for. selective hydrogenation, in which palladium is used with an alumina support. The catalysts prepared in accordance with the present invention are especially useful for the hydrogenation of acetylenes, in particular the hydrogenation of acetylenes from a gas stream containing olefins,
Palladium-based hydrogenation catalysts
<Desc / Clms Page number 2>
are well known in the.
convenient. They are prepared in many ways, for example by impregnating an absorbent support with a solution of noble metal salt and then by evaporating the solution of said salt in the presence of the support. Another method comprises precipitating palladium hydroxide in the presence of an inert support by adding a solution of palladium chloride to a hot solution of sodium arbonate, in which the support is suspended.
Another method is to add carbonate to the palladium chloride solution. The catalysts prepared by means of these known methods are active hydrogenation catalysts, but since their use does not result in high hydrogenation rates when used with low concentration gas streams they are not fully effective.
A wide variety of supports have been used in catalysts for the selective hydrogenation of acetylenes, particularly the supports normally employed in catalysis or hydrogenation reactions. As an example, infusoria earth, such as kie-selgur, and other siliceous materials may be cited; inorganic salts, such as barium sulphate, and carbonaceous materials, such as activated carbon. Large amounts of alumina are used as supports for hydrogenation catalysts based on a noble metal, in particular as a support for palladium catalysts.
However, it is now recognized that the physical properties of the different aluminas, such as for example the surface area, the pore size or the distribution of the pore size and the like, must be within narrow limits for the different reactions. Thus, by selectively processing a molecule
<Desc / Clms Page number 3>
of a particular order of magnitude, it is often advantageous to have a particular alumina pore size. On the other hand, a special surface area has advantages in some circumstances and disadvantages in others.
Thus, US Pat. No. 3,113,980 relates to catalysts for moderate hydrogenation reactions, in which the catalysts should have a small surface area and a medium, narrow and specific pore radius. The catalysts, contemplated in U.S. Patent 3,113,980, contain palladium in the range of 0.01 to 5% by weight, supported by an alumina support.
Nevertheless, the support should have a surface area of 5 to 65 square meters per gram, in addition to the narrow distribution of the pore radius. These catalysts, described in U.S. Patent 3,113,980, have an average pore radius of 100 to 1400 Anghstrom units and a surface area of 65 to 5 square meters per gram, preferably 30 to 10 square meters per gram,
In accordance with the present invention there is provided a catalyst suitable for various hydrogenation reactions and a catalyst which in particular behaves as well as a selective hydrogenation catalyst under the conditions expired in Bre @ and U.S. 3,113,980.
This catalyst also contains palladium in the order of 0.01 to 5% by weight relative to the weight of the total catalysts, preferably 0.01 to 0.5%,
However, the physical properties of the catalysts of the present invention constitute a modification of those of U.S. Patent 3,113,960. The catalysts according to the invention are characterized by three desiderat
The palladium should be evenly distributed throughout the entire catalyst support.
It can only be found on
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
r- y.; r. :: '; ";". '' t. la, surface., d: 11Jf, b. rô. ', .. o7: 1le-Oi, 2.> -. "" P- L' impor; l't, p: 01nf!? e 'of porèadoi't be smaller than; 1, ü2 1 n ; ^ '"' 800 Arl) .6 '" (r)' 1) e 'prefix, more than 50% of 3 rd T av. pores Bont K "Ô r ...; 1 A. o pores are '; Lnfér1aÚFS" at;', 3'SO A ..
EMI4.2
The alumina "should have a surface area of about 80 meters cîaLr-r6B ', - ar gram, preferably more than 100.
Aluminas with these physical properties
EMI4.3
relating to .a = pores and to the surface area are available and in U.S. Patent 2,894,898. However, the preferred alumina is that obtained by the calcination of alumina containing a predominant amount of crystalline alumina trihydrate in admixture with an amorphous alumina monohydrate, prepared in accordance with the application of Bre. - vet n 503.021 filed on January 7, 1966. This alumina is
EMI4.4
obtained by precipitation of llal-umine in hydrated form from an aqueous solution of an al- metal aluminate -. #. ";.;
This alumina reacts with carbon dioxide in controlled coasts, this alumina has a very small range of pores larger than 800 Angstrtim units. The pore size further reduces the size of the pores, so that the majority of these are in order less than 350 Angstrom units.
As indicated above, the palladium activator cannot be found only on the surface of the support. It should be evenly distributed throughout the entire alumina support. There are careful procedures to ensure that the palladium activator is evenly distributed throughout the entire alumina supports. One of these is to mixing or grinding the composition before it is dried. However, the preferred method of ensuring that the palladium is evenly distributed comprises the selection of a noble metal salt. it was found, for example, that if PdCl2
<Desc / Clms Page number 5>
is used, the palladium is not distributed in the whole alumina.
If alumina pellets are immersed in a solution of PdCl2, the palladium remains on or near the surface of the alumina support. However, if alumina tablets or pellets are immersed in an aqueous solution of Pd (NH3) 2Cl2, palladium penetrates into the carrier and is evenly distributed throughout the whole tablets after drying.
A preferred process for the preparation of the catalysts according to the invention comprises the following stages:
1. Extrusion of special alumina into pellets of a desired size;
2. Drying of the tablets;
3. Calcination of the pastillies at 2000 F (1093 C);
4. Determination of the volume of water required to completely saturate the support, without excess water or free water remaining (usually 100 pounds of support per batch load, or 45.3592 kg);
5. For every 100 pounds of support (45.3592 kg), place 0.03 to 0.1 pounds (0.0136) to 0.0453 kg) of palladium (as amine chloride) in a container. , then dilution to the predetermined volume;
6.
Complete submersion of 100 pounds of support (45.3592 kg) in the Pd (NH3) 2Cl2 solution;
7. Self-leaving the catalyst for 30 minutes; drying at 250 F (121 C);
8. Calcination of the catalyst impregnated with palladium at 650-1200 F (343 to 677 C).
The effect of the physical properties of the support according to the invention and of the uniform distribution of the palladium in the entire support is best demonstrated by specific examples. These are given, of course, by way of example only.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
"'Exem'Ple' 1.. 1 - '- \' <- - t 'Two catalysts were prepared by respecting the t eight phases set out above :. In the case of catalyst A,
EMI6.2
sufficient Pd (NH 3) 2C was used in binding with the alumina tablets to give an oatalyzer containing 0.035% palladium. During the submersion process, the palladium fully penetrated the carrier tablets. Catalyst B was prepared from an aqueous solution of PdCl2 in a similar manner. This catalyst has 0.035% palladium deposited in a layer on its surface.
Alumina used as a support for
EMI6.3
the two catalysts A and B was prepared by precipitation of carbon dioxide in accordance with Example 1 of the application.
EMI6.4
of Patent No. 532,021, It had a surface area of (S, A.) 119 M2 / gram and about 90% of these pores were on the order of magnitude of 0-350. The results of the selective hydrogenations carried out using catalysts A and catalysts B are given in the table below. The composition of the gas stream, the process conditions and the results are also shown in the table. The hydrogenation was carried out by passing the gas stream, which contains hydrogen, through a reactor comprising particles of oatalysts.
Table I.
Selective hydrogenation.
Gas composition
EMI6.5
C2H2 OP244% CO t 0.17%
EMI6.6
a 2 H 4 39.3% c 3 H 6 t 10.0 '% "' 1, H2 t 15.4, N2: 34-, 906% J - .. 1 ':,'. j r
<Desc / Clms Page number 7>
Process conditions
EMI7.1
Space velocity 5000 or.ft./cu.ft./hour (14.158 m3 / 1 28.317 m3 / hour) Pressure:
175 psig (12.30 kg / cm2) Temperature: as given in the table.
EMI7.2
Catalyst A PD (NE 3) 2 ci2 palladium in Temp. Input C2 H2 output .8ulp full port¯¯¯ 9 C Loss of CPH4
EMI7.3
<tb> 100 <SEP> 37.8 <SEP> 1720
<tb>
<tb> 120 <SEP> <SEP> 49 <SEP> <SEP> 952 <SEP> 0
<tb>
<tb> 130 <SEP> <SEP> 54 <SEP> <SEP> 829 <SEP> 0
<tb>
<tb> 140 <SEP> 60 <SEP> <SEP> 326 <SEP> 0
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
EMI7.4
Catalyst B pdo'2 Layer of pal 1 adium Temp, input C2H2 out, ppm on surface
EMI7.5
<tb> Loss <SEP> in <SEP> C2H4 <SEP>%
<tb>
EMI7.6
1000P 25.0
EMI7.7
Table 1 shows that if the palladium is not firmly distributed in the entire alumina support,
Even though the support exhibits the physical characteristics expected - a catalyst of this type does not function adequately in the selective, selective acetylene process in the presence of ethylene. 0: (', trr, njc? Table If the 25 1- of ethylene was h, Vd1 "'; generated in addition to acetylene, when palladium,. tr 1: 1 t Iml.: rU :: slow on the surface <.u support. Therefore, :: '1. (;' il in Vi .. :: et {'necessa: "ê to increase the temperature, since ce..i leads to an h-rdr" t, .. enation additional amounts of ethyl.
The other 0 "" ";:" distribution of the palladium, uniformly distributed, to that deroti6 only BW the area is given in table I A. LOb c.-to.Lys: uz s Ç t- +, 1.were prepared
<Desc / Clms Page number 8>
firmly to the example using the same alumina source.
In Catalyst C, the palladium is distributed throughout the entire carrier, while in Catalyst D it is located on the surface thereof.
Table IA
Selective hydrogenation,
EMI8.1
<tb> Composition <SEP> of the <SEP> gas <SEP> (percent)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 0.19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 0.17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 38.0 <SEP>.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
H2 <SEP> 16.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> 35.34
<tb>
EMI8.2
Procedure conditions Space speed: 1 5000 Pressure! 175 psig (12.30 kg / cm2) Temperature! As given ..
Catalyst 0
Pd
EMI8.3
fully distributed Time 02% "PL2" otï Loss in a2 "4 S.A..117 i.000? incoming 21.0-M 5
EMI8.4
<tb> (ppm)
<tb> (37.8 C) <SEP> 1900 <SEP> 225 <SEP> 0
<tb>
EMI8.5
Catalyst D Pd on the SsA surface. 116 1000? 1300 0 34.7
EMI8.6
<tb> (37.8 C)
<tb>
Table 1A again shows the advantages of distributing palladium throughout the catalyst tablets or pellets. In both examples, the at least 50% of the pores were on the order of magnitude of 0 to 350.
The two tables I and I A illustrate the preferred method for obtaining a distribution of palladium
<Desc / Clms Page number 9>
in the entire medium. However, as indicated above, a somewhat less efficient distribution of the palladium can be obtained by intimate mixing. This is demonstrated in Example 2,
Example 2.
A catalyst was prepared by intimately mixing palladium chloride with alumina prepared according to Example 1 of Patent Application No. 532,021. This particular aluminum has a surface area of 86 mm 2 / gram and at least 80% of its pores are of the order of 0 to 350. A final catalyst contains 0.035% palladium based on the catalyst. Results of a selective hydrogenation process are given in Table II.
Table II
Selective hydrogenation Composition of gas H2: 14 CO t 0.1 C2H2: 775 ppm C4H6: 0.33 C3H6: 15 CH2H4: 40 N2 t balance Reaction conditions Space velocity 5000 Pressure: 150 psig (10.54 kg / om2) Temperature t as given
EMI9.1
<tb> Temperature <SEP> C2H2 <SEP> incoming <SEP> C2H2 <SEP> out <SEP> Loss in <SEP> C2H4 <SEP> ()
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 37.8 <SEP> 775 <SEP> ppm <SEP> 590 <SEP> ppm <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 125 <SEP> 51.5 <SEP> 775 <SEP> 414 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66, <SEP> 775 <SEP> 75 <SEP> 0.7
<tb>
<Desc / Clms Page number 10>
The effect of the orientation of palladium has been illustrated by the following examples.
Another requirement, along with a surface area greater than 80 m2 / gram, is the essential pore structure of the catalyst, at least 50% of the pores of which are smaller than 800 1. Preferably, the 50-98%. of the pores are smaller than 350, although not more than 5% of the pores are larger. than 800 A. In order to show the effect of the pore size, Example 3 is given below.
Example
The catalysts used in these acetylene hydrogenation tests are both commercially available, impregnated alumina catalyst bases.
EMI10.1
of Pd (NH3) 2012 in accordance with Example 1, each of the two catalysts (E and F) oontaining 0.035% palladium by weight.
Catalyst E and Catalyst II both have surface areas greater than 80 m2 / gram. However, in catalyst E, the 39% of its pores are only of the order of 0 to 800. the remainder being greater than 800.
In catalyst F, the 84% of the pores are of the order of 0 to 800. The results of the hydrogenations of acetylene, carried out using these two catalysts, are as follows:
Table III
EMI10.2
Selective cyclrogenation
EMI10.3
gas composition (percent)
EMI10.4
<tb> C2H2 <SEP> 0.21
<tb> CO <SEP> 0.12
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 30.0
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10.0
<tb>
<tb> H2 <SEP> 16.3
<tb>
EMI10.5
N2 43.37. .. "
<Desc / Clms Page number 11>
Space speed conditions:
5000 pressure 175 psig (12.30 kg / om2)
EMI11.1
<tb> Catalysts <SEP> Temperature <SEP> C2H2 <SEP> out <SEP> Loss <SEP> in <SEP> C2H4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> plus <SEP> of <SEP> 120 F <SEP> runaway <SEP> of <SEP> the <SEP> temperature
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (49 C) <SEP> attributable <SEP> to <SEP> the hydrogenation <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> ethylene
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 130 <SEP> 54 <SEP> 618 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 145 <SEP> 63 <SEP> 75 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 38 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 162 <SEP> 72 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
According to Table III,
it is evident that even though the two palladium catalysts exhibit areas on the
EMI11.2
Perfumes greater than 6om2 / grammet, different results are nevertheless obtained in the case of different sizes of pore sizes. Thanks to these two catalysts, having the same order of surface area, the
EMI11.3
large number of small pores results in good selectivity. However, the selectivity is so low in the case of the catalyst comprising a large majority of large
EMI11.4
pores, i.e. two above 800 A, that the 3 'û hyrog- x .: n. j 1 tne creates an excessive increase in the sort, 5r'j, - !; u.re.
We now consider the two catalysts G and K each having a large majority of pores of an order of 6., 7ande-ir less than 80111. These caçalyxlurx have, however, das zo Ç. different superficial 4. The catalyst f a '.:.,: zone! J' .. lperfic1el, lt :, dE; .? n2 / gram * The catalyst has a <- surface area ie 119 m2 jgxmms, the results of using 0ea two catalysts in a reactor for 1-ii at "the enation ues coetyiënea are from;: according to the table reads, the
<Desc / Clms Page number 12>
catalysts having been prepared according to the catalyst manufacturing process A of Example 1, each catalyst having been completely impregnated with 0.035% palladium.
Table IV
EMI12.1
<tb> Selective <SEP> hydrogenation
<tb> Composition <SEP> of <SEP> 'gas <SEP> (percent)
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 0.224
<tb>
<tb> CO <SEP> 0.17
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 39.3
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 10.0
<tb>
<tb> H2 <SEP> 15.4
<tb>
<tb> N2 <SEP> 34.906
<tb>
Conditions Space speed: 5000 Pressure ::
175 psig (12.30 kg / om2)
EMI12.2
<tb> Catalyst <SEP> Temperature <SEP> C2H2 (ppm) <SEP> output <SEP> loss <SEP> in <SEP> C2H4 (%)
<tb>
<tb>
<tb> op <SEP> C
<tb>
<tb> G <SEP> 115 <SEP> '<SEP> 46- <SEP> 0 <SEP> 40.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H <SEP> 100 <SEP> 37.8 <SEP> 225 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
The data again show the advantages of an uplifted surface area in combination with a large number of small pores, these being in the range of 0 to 800, preferably below 350, and the surface areas. - high ones between 80 to 300 m2 / gram, preferably 90 to 200,
During the implementation of the present, pro @ edé,
an ethylene gas stream, containing acetylene to be removed therefrom, is mixed with a hydrogen gas stream, provided that an excess of hydrogen is not already present in the gas ethylene-acetylene, the resulting mixture being contacted with one of the catalysts described herein. The gas mixture may contain other
<Desc / Clms Page number 13>
materials, such as, for example, hydrocarbons which are normally part of the preparation of the gas containing ethylene, as well as nitrogen, carbon dioxide, small amounts of air and water vapor.
The gas stream should be free of sulfur-containing compounds and, if necessary, a sulfur absorber: known, such as for example an alkaline carbonate solution containing arsenates or equivalent products, can be used to remove sulfur compounds from of the gas mixture, before bringing this mixture into contact with the hydrogenation catalyst.
It is desirable to use the catalysts contemplated herein and for the hydrogenation of acetylene, prior to the fractionation of the acetylene stream.
In this example, a large excess of hydrogen is present.
In other examples, the proportion of hydrogen, which must be present or added to the ethylene gas, is at least equal to the proportion necessary to hydrogenate all of the acetylene present in the mixture, that is to say one mole or more of hydrogen per mole of acetylene. An excess of hydrogen over the amount theoretically necessary to allow reaction with all of the acetylene is ordinarily required in practical operation in each case.
As noted, the selective hydrogenation of acetylene from an ethylene stream, using palladium supported by activated alumina, is not new. The conditions of the known reaction are contemplated herein. For the purpose of catalyzing the hydrogenation of acetylenes, temperatures of 100 to 400 F (37.8 to 204 C), pressures of 15 to 1000 psig (1.05 to 70.30 kg / cm2) and space speeds of 500 to 7000 volumes of gas per volume of catalyst per hour and even higher speeds. Normally the gas stream contains less than 2% acetylene.
<Desc / Clms Page number 14>
Thus, the present invention provides a selective catalyst for the hydrogenation of acetylene, which can be compared favorably with the catalyst currently in wide use, By way of example, a comparison of catalyst A, according to the present invention, to a highly selective, commercially available hydrogenation catalyst, Catalyst J, is given under the two sets of conditions of Examples 4 and 5.
Example 4
EMI14.1
<tb> Composition <SEP> of <SEP> gas flow <SEP>-% <SEP> in <SEP> volume
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogen <SEP> 13.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acetylene <SEP> 0.24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethylene <SEP> 36.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylene <SEP> 13.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acetylene <SEP> from <SEP> methane <SEP> 0.073
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butadiene <SEP> 0.156
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrogen <SEP> balance
<tb>
Process conditions: reactor pressure t 175 psig (12.30 kg / cm2) space velocity: 5500 volumes / hour / volume Catalysts used Catalyst A Catalyst J
<Desc / Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Cata .. <SEP> Temperatures <SEP> Acetylene <SEP> loss <SEP> of e- <SEP> polymer
<tb>
EMI15.2
lyser Inlet Outlet in the ethylene gas, c "en in the pro-;
EMI15.3
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> outgoing <SEP> volume <SEP> duit <SEP> 10 <SEP> in <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 112 <SEP> 44 <SEP> 1100 <SEP> 0 <SEP> 0.0043
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 562 <SEP> 0 <SEP> 0.005L
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 162 <SEP> 72.2 <SEP> 79 <SEP> 0.28 <SEP> 0.0140
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 230 <SEP> 110 <SEP> Runaway <SEP> 27.5 <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 114 <SEP> 45 <SEP> 1224 <SEP> 0 <SEP> 0.0040
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 137 <SEP> 64 <SEP> 468 <SEP> 0 <SEP> 0. <SEP> 0079
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 160 <SEP> 71 <SEP> 55 <SEP> 0.19 <SEP> 0.0194
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 200 <SEP> 93 <SEP> Runaway <SEP> 25. <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4- plus material in the gas leaving the reactor.
Example 5
EMI15.4
Composition of the gas flow !. 'i in volume
EMI15.5
<tb> Hydrogen <SEP> 13.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acetylene <SEP> 366 <SEP> (ppm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethylene <SEP> 36.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> propylene <SEP> 13.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> scétylène <SEP> du <SEP> m-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tnane <SEP> 0.043
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butadiene <SEP> 0.006
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrogen <SEP> balance
<tb>
EMI15.6
.Q21! Ji +, 1 ') na of the' process reactor pressure - 500 psig (35.15 kgl cm2) Spatial VitE'85C - '55')
0 vOluIn.ea / hour / vo1'UI1le i "alafLY '$ utilie41? Catalyst A Catalyst J
<Desc / Clms Page number 16>
EMI16.1
<tb> Cata- <SEP> Temperatures <SEP> Acetylene <SEP> Loss <SEP> of ethyl- <SEP> Polymer
<tb>
<tb>
<tb> lyseur <SEP> Input <SEP> Output <SEP> in <SEP> the <SEP> gas <SEP> lene, <SEP> in <SEP> in <SEP> the <SEP> pro
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> outgoing <SEP> volume <SEP> "<SEP> duit <SEP>% <SEP> in <SEP>
<tb>
EMI16.2
1 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ rpmv volume (:: 1:
)
EMI16.3
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 113 <SEP> 44 <SEP> 113 <SEP> 0 <SEP> 0.0048
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 39 <SEP> 0 <SEP> 0.0092
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 155 <SEP> 69 <SEP> 5.1 <SEP> 0 <SEP> 0.0180
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 235 <SEP> 233 <SEP> Runaway <SEP> 33.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 115 <SEP> 46 <SEP> 120 <SEP> 0.0055
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 136 <SEP> 58 <SEP> 45 <SEP> 0 <SEP> 0.0102
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 160 <SEP> 71 <SEP> 7.2 <SEP> 0 <SEP> 0.0190
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 220 <SEP> '104 <SEP> Runaway <SEP> 39.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4 - plus matter in the gas exiting the editor.
Although the preferred support for the catalyst envisioned herein is alumina, a smaller amount, not more than 30%, of kaolin clay can be mixed with the alumina. A comparison of a clay modified catalyst, i.e., catalyst K, to catalysts A and J, is given in Example 6.
Catalyst K contains 30% Old Hickory figulin clay (No. 5) mixed with the alumina used in Catalyst A. The catalyst has a surface area of 86 square meters per gram and about 68% of its surface area. pores are of the order of 0 to 800,
Example 6
EMI16.4
<tb> Composition <SEP> of the <SEP> gas flow <SEP>, <SEP>% <SEP> volume
<tb>
<tb> Hydrogen <SEP> 13.0
<tb>
<tb>
<tb> Acetylene <SEP> 0.24
<tb>
<tb>
<tb> Ethylene <SEP> 36.0
<tb>
<tb>
<tb> Propylene <SEP> 13.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb> Acetylene <SEP> from <SEP> methane <SEP> 0.073
<tb>
EMI17.2
Butadiene 0.156 Balance nitrogen Balance nitrogen Process conditions Reactor pressure:
500 psig (35.15 kg / om2) Space velocity 1,5,500 volumes / hour / volume
EMI17.3
Catalysts used: Catalyst K Catalyst A Catalyst J
EMI17.4
<tb> Cata- <SEP> Temperatures <SEP> Acetylene <SEP> Loss <SEP> of ethyl- <SEP> Polymer
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lyseur <SEP> Input <SEP> Output <SEP> in <SEP> the <SEP> gas <SEP> lene, <SEP>% <SEP> in <SEP> in <SEP> the <SEP> pro
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> F <SEP> C <SEP> outgoing <SEP> volume <SEP> duit% in
<tb>
EMI17.5
####.
######### pmv volume (x) ¯¯¯¯
EMI17.6
<tb> K <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 116 <SEP> 47 <SEP> 1038 <SEP> 0 <SEP> 0.0034
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 139 <SEP> 59 <SEP> 449 <SEP> 0 <SEP> 0.0073
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 161 <SEP> 72 <SEP> 71 <SEP> 0 <SEP> 0.0141
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 120 <SEP> 49 <SEP> 827 <SEP> 0 <SEP> 0.0022 <SEP> '<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 135 <SEP> 57 <SEP> 212 <SEP> 0 <SEP> 0.0051
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 167 <SEP> 75 <SEP> 7. <SEP> 6 <SEP> 0.35 <SEP> 0.0126
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 265 <SEP> 129 <SEP> Runaway <SEP> 29. <SEP> 2 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> J <SEP> 110 <SEP> 43 <SEP> 119 <SEP> 48 <SEP> 792 <SEP> 0.
<SEP> 0.0018
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 130 <SEP> 54 <SEP> 137 <SEP> 56 <SEP> 157 <SEP> 0 <SEP> 0.0048
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 66 <SEP> 163 <SEP> 73 <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 49 <SEP> 0.0125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 77 <SEP> 250 <SEP> 121 <SEP> Runaway <SEP> 32.0 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
(x) C4- plus material in the gas leaving the reactor.
The data and the preceding examples show that a selective hydrogenation catalyst, clearly marking,
<Desc / Clms Page number 18>
results from the practice of the present invention.
When used in the compositions according to the invention, the clay of the kaolin type is a material originating from the natural disintegration of feldspar and comprises primary kaolins, such as for example porcelain earth, or secondary kaolins, such as figuline clay. These clays are unique materials that are found in large quantities in nature. Kaolin-type clays are of a natural plastic essence with remarkably high uniformity properties and consist of silicon, oxygen and hydrogen according to the general formula Al2O32SiO22H2O. They are sometimes mentioned as including aluminum silicates, but they probably consist of aluminosilioic acid.
This modification of these clays and other ramifications will be apparent to those skilled in the art of the present art. These changes are included within the scope of the present invention,
CLAIMS. 1.- A process for the aleotive hydrogenation of acetylenes in gases containing olefins, characterized in that it includes the reaction of gases with hydrogen at an elevated temperature above 400 F (204 C) at con- taot of a hydrogenation catalyst of improved selectivity, activated by palladium, consisting predominantly of alumina and having 0.01 to 5% by weight of palladium on a dry basis, uniformly distributed in the whole of a support containing at least 70% alumina, the remainder being clay, the support having a surface area of approximately 80 m2 / gram,
a major portion of its pores being of the order of less than 800 Angstrom units.