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Acide Katalysatoren

Zentren mittlerer Acidität

Als mittel sauer bezeichnet man acide Zentren mit einer Hammett-Funktion von ungefähr –5 bis –3.

Ein interessanter Einsatzbereich für Zeolithe mit derartigen Zentren ist die Gasphasenalkylierung von Benzol, die die klassische Alkylierung in der flüssigen Phase mit Friedel-Crafts-Katalysatoren (AlCl3) zunehmend ersetzt. Alkylierte Benzole finden Verwendung u.a. als Zwischenprodukte in der Herstellung von:

  • Ethylbenzol für die Herstellung von Styrol
  • Cumol (Isopropylbenzol) als Zwischenprodukt der Phenol-Herstellung.
  • Alkylierung mit langkettigen Olefinen (C10-C18 ) zur Herstellung von Alkylbenzolsulfonsäuren, die als oberflächenaktive Substanzen in Waschmitteln Verwendung finden (LAB - linear alkyl benzenesulfonates)

1973 wurde von Mobil Oil und Badger die Gasphasenalkylierung entwickelt (Abb. 2) , die in adiabatisch betriebenen parallel geschalteten Festbettreaktoren durchgeführt wird. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen homogen katalysierten Verfahren sind unter anderem die hohe Wärmerückgewinnung von ca. 95 %, die leichte Regenerierbarkeit des Katalysators sowie die Reduzierung der Abtrenn- und Aufarbeitungsprobleme.

Die Reaktion wird von einem H-ZSM-5-Zeolithen (Abb. 1) katalysiert.

Abb.1
Dreidimensionale Struktur eines ZSM-5 Zeolithen

Anschauliches: Elektronenmikroskopische Aufnahmen eines ZSM-5-Zeolithen

Ethylen wird in reiner oder verdünnter Form nach Abtrennung von Wasser, Schwefel und Propen mit Benzol bei 420-430 °C und 15-20 bar zu Ethylbenzol umgesetzt. Parallel entstehende Polyalkybenzole werden durch Transalkylierung recycled, so dass eine Ausbeute von 98-99 % erreichbar ist.

Der Katalysator befindet sich in zwei parallel geschalteten Reaktoren (b in (Abb. 2) ). Die Verkokung des Katalysators macht es erforderlich, dass einer der beiden Reaktoren sich in der Regenerierungsphase befindet (Abbrennen von Koks mit Luft), während der andere Reaktor für die Reaktion zur Verfügung steht. Wenn die Aktivität des Katalysators einen bestimmten Wert unterschreitet, wird der Gasstrom auf den regenerierten Katalysator umgeschaltet. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Produktstrom realisiert.

Abb.2
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