Hydrierung von 1,3-Butadien und Hydroisomerisierung der Folgeprodukte n-Butene an Pd/Al2O3-Schalenkatalysatoren

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Hydrierung von Butadien und die Isomerisierung und Hydrierung der Folgeprodukte der n-Butene an Pd/Al2O3-Schalenkatalysatoren untersucht. Die Hydrierung von Butadien zeigt bei niedrigen Butadienpartialdrücken Reaktionsinstabilitäten. Diese können auf das komplexe Zusammenspiel von Reaktion, Adsorption und Stofftransport im Porengefüge des Schalenkatalysators zurückgeführt werden. Bei Erhöhung des Butadienpartialdrucks verschwinden diese Reaktionsinstabilitäten, da die Adsorbatschicht damit dichter und gleichmäßiger wird. Die bei der Hydrierung von Butadien entstehenden n-Butene bilden sich in einem konstantem Verhältnis von etwa 60 % 1-Buten und 40 % 2-Butene solange die gesamte katalytisch aktive Länge der Pore mit Butadien belegt ist. Die Folgereaktionen der n-Butene (Isomerisierung und Hydrierung) werden vollständig unterdrückt. Sinkt der Partialdruck innerhalb dieser Länge aufgrund von innerem Stoff-transport auf 0 ab, so setzt einerseits die Isomerisierung der n-Butene in Richtung der thermodynamisch stabileren 2-Butene und anderseits die Butanbildung ein. Das Ziel der Untersuchungen zur Hydroisomerisierung der Butene war, Reaktionsbedingungen zufinden bei denen die Hydrierung zum Butan möglichst gering ist. Die Isomerisierung steigt bei niedrigen Wasserstoffpartialdrücken stark an und erreicht bei weiterer Erhöhung einen nahezu konstanten Wert. Im Gegensatz dazu zeigt die Hydrierung eine lineare Abhängigkeit. Eine Reduzierung des Wasserstoffpartialdrucks oder die Zudosierung von CO führt zu einer Reduzierung des Wasserstoffbedeckungsgrads auf dem Katalysators. Aufgrund der unterschiedlichen Abhängigkeiten der beiden Konkurrenzreaktionen vom Wasserstoffpartialdruck bzw. Wasserstoffbedeckungsgrad kommt es zu einer deutlichen Erhöhung der Selektivität für die Isomerisierungsreaktion.