DD244353A1

DD244353A1 - Verfahren zur steuerung von reforming- und aromatisierungsanlagen

Info

Publication number: DD244353A1
Application number: DD28463785A
Authority: DD
Inventors: Helmut Schmidt; Hans Greeske; Hans-Georg Droessiger; Reinhardt Gramm; Guenter Schober; Bernhard Sommerfeld; Fritz Ruediger; Ulrich Giese; Markus Matthes
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1987-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dessen Hilfe es moeglich ist, Reaktoren, welche zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wie Hydroreforming oder auch zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen wie z. B. Benzen, Toluen, Xylen und C9 -Aromaten aus gesaettigten oder ungesaettigten Benzinen geeignet sind nach Richtung einer hohen Gesamtaromatenausbeute und Fluessigausbeute, als auch einer hohen Oktanzahl des Finalproduktes zu betreiben. Dabei ist es gleichgueltig, ob die aus mindestens 3 Reaktoren und 3 Eingangserhitzern bestehende Reforming- und Aromatisierungsanlage mit festem oder bewegtem Bett arbeitet. Mit Hilfe der die Anlage verlassenden Reformat- bzw. Aromatisatqualitaet, der Menge und mathematischen Algorithmen wird eine Steuerung der gewuenschten Gesamtaromatenausbeute ueber die Reaktoreingangstemperaturen unabhaengig von der Eingangsqualitaet bezogen auf den Siedebereich bei welchen derartige Anlagen arbeiten moeglich. Besonders vorteilhaft laesst sich die Erfindung dort verwenden, wo es bedingt durch die jeweilige Marktsituation oder durch die Fahrweise vorgeschalteter Anlagen zu bemerkenswerten Schwankungen hinsichtlich der Menge und Siedeanlage des Einsatzproduktes o. g. Reaktoren kommt.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dessen Hilfe es möglich wird, Reaktoren, welche zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wie Hydroreforming oder auch zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen z. B. Benzen, Toluen und Xylen (Ortho, Meta oder Para) und C₉ ⁺-Aromaten aus gesättigten oder ungesättigten (Pyrolyse und Crackbenzine) Kohlenwasserstoffen aus therm, oder katalytischen Crackanlagen dienen, effektiv sowohl in Richtung einer hohen Aromaten- und Flüssigausbeute, als auch einer hohen Oktanzahl des Finalproduktes zu betreiben.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung dort einsetzen, wo bedingt durch die jeweilige Marktsituation oder durch die Fahrweise von geschalteten Anlagen es zu merklichen Schwankungen hinsichtlich Menge und Siedelage des Einsatzproduktes o.g. Reaktoren kommt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Herstellung von hochoktanigen Reformaten bzw. Aromaten mit Hilfe von katalytischen Reformierungsanlagen gibt es weltweit viele Verfahren.

Der Hintergrund ist einmal in der wachsenden Nachfrage nach bestimmten Aromaten wie z. B. Benzin auf dem Weltmarkt und damit in der hohen volkswirtschaftlichen Bedeutung dieser Produkte begründet.

Dies trifft auch auf den wachsenden Bedarf an hochoktanigen Benzinen auf Grund der Wirkungsgradverbesserungen durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses von Verbrennungsmotoren zu. -

Zum anderen resultiert die Vielzahl der Verfahren aus dem Bemühen um eine ständige Erhöhung der Ausbeute bei sinkendem Verbrauch an Energie- und Hilfsstoffen, um letztlich die Gesamtökonomie des Verfahrens zu erhöhen. In den letzten Jahren haben sich für die Herstellung von Aromaten und hochoktanigen Reformaten sogenannte katalytische Niederdruckrefornriierungsprozesse mit bewegtem Katalysorbett durchgesetzt (CCR bzw. Aromising-Prozeß).

Diese Verfahren arbeiten mehrstufig und mit kontinuierlicher Katalysatorregenerierung.

Ais Beispiel seien hier DE 2803284, DE 2819753, DE 2759367 und US-Pat. 4167473 als Patente für diese Verfahren genannt.

Die genannten Verfahren erzielen auf Grund des niedrigen Druckes, der speziellen Katalysatortypen und der häufigen Regenerierung des Katalysators hohe Aromatenausbeuten und eine große Selektivität.

Die Reaktionsbedingungen liegen bei 673-873K Reaktionstemperatur, Drücken zwischen 4-15bar und Wasserstoffkohlenstoffverhältnissen zwischen 1:1 bis 10:1. Als Eingangsprodukt wird meist ein Naphtha im Siedebereich zwischen 333-478 K verwendet.

Die erreichbaren Aromatenausbeuten sind in der Regel nicht angegeben.

Aus den Reaktionsbedingungen geht hervor, daß diese einen weiten Spielraum in Bezug auf die Steigerung derartiger Prozesse in Richtung einer effektiven Ausbeute lassen. Die Hauptstörgrößen der genannten Verfahren sind hauptsächlich in der wechselnden Einsatzproduktqualität zu suchen, denen es die die Reaktion am leichtesten beeinflußbaren Reaktionsbedingungen nachzuführen gilt.

Hierfür sind entsprechende Kriterien zu finden.

Bei der Patentrecherche und in der einschlägigen Literatur wurden konventionelle Regelungen gefunden, welche nur die Konstanthaltung der einmal eingestellten Reaktionsbedingungen (Menge, Druck und Temperaturen) erlauben, nicht aber selbständig in Richtung einer hohen Ausbeute wirken.

Bekannt sind Verfahren für derartige Reaktionssysteme, wo mit Hilfe eines mathematischen Modells versucht wird, die komplizierten Vorgänge, die in den einzelnen Reaktoren ablaufen, nachzubilden, um neu zu errichtende Anlagen entsprechend auszulegen bzw. bei Rekonstruktionen den verändertem Bedingungen anzupassen. Der Nachteil dieser Verfahren liegt in dem hohen manuellen Aufwand bei der Erstellung derartiger Modelle und da der ablaufende Reaktionsmechanismus in Reformierungs-und Aromatisierungsreaktoren nicht genau bekannt ist, in einer ständigen Nachführung derartiger Modelle, um ihre Gültigkeit aufrecht zu erhalten.

Aus der Literatur sind jedoch Konzepte zur Regelung der Oktanzahl von Reformierungsanlagen, die ausschließlich zur Herstellung von hochoktanigemKraftstoff verwendet werden, wie z. B. „New control package is aid to catreforming", veröffentlicht im Oil & Gas JOURNAL vom Sept. 1979 S. 191-200. Diese Verfahren sind demzufolge natürlich nicht auf Anlagen übertragbar, die ein variables Produktionsprogramm (Aromaten und Kraftstoffe) in wechselnden Proportionen haben.

Ziel der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren hat das Ziel gegenüber bekannten Lösungen mit Hilfe von Regeleinrichtungen und mathematischen Algorithmen eine Reformierungs- oder Aromatisierungsanlage durch Vorgabe eines Reaktortemperatureingangsprof ils so zu steuern, daß eine möglichst wirtschaftliche Erzeugung von Aromaten oder eines bestimmten einzelnen Aromats und Kraftstoffs gewährleistet wird und daß Schwankungen der Einsatzproduktzusammensetzung ausgeglichen werden^ Weiterhin sollen Bedingungen für die Flüssigausbeute, Aromatenausbeute u.a. eingehalten werden. Die Flexibilität der Anlage soll durch das erfindungsgemäße Verfahren garantiert oder verbessert werden, d. h. die Umstellung von einem Zielprodukt auf ein anderes soll schnell und unkompliziert möglich sein.

Gleichzeitig wird dadurch die Aufheizerkapazität entsprechend ausgelastet und in Verbindung damit Kapazitäts- und Energieverluste gemindert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches erlaubt eine aus mindestens 3 Reaktoren und 3 Eingangserhitzern bestehende Reformierungs- und Aromatisierungsanlage nach effektiveren Kriterien zu betreiben, als es mit bisher üblichen Mitteln möglich ist

Das bringt gegenüber der herkömmlichen Fahrweise folgende Vorteile:

— Die Gesamtaromatenausbeute oder die Menge eines bestimmten individuellen Aromats bei Schwankungen in der EP-Zusammensetzung und allmählicher Katalysatoralterung auf einem vorgegebenen Niveau zu halten.

— Ausnutzung der Kapazitätsreserven der einzelnen Vorheizer bzw. Energieeinsparung durch Einstellung der diesen Zeilen entsprechenden Reaktoreintrittstemperaturen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß es mit konventionellen Verfahren, welche den Stand der Technik darstellen, d.h. Festhalten eines bestimmten Temperaturprofils unabhängig von der Eingangsproduktzusammensetzung oder der Regelung der Oktanzahl nicht möglich ist, Anforderungen gerecht zu werden, die auf eine hohe Gesamtaromatenausbeute oder eine hohe Ausbeute an einem individuellen Aromat bei hoher Flüssigausbeute gerecht zu werden. Ebenso ist ein effektiver Wechsel zwischen zwei verschiedenen Fahrweisen nur mit Verlusten möglich.

Es wurde deshalb nach Mitteln und Wegen gesucht diese Forderung zu erfüllen.

Vom erfindungsgemäßen Verfahren ist die Aufgabe zu lösen, eine vorgegebene Gesamtaromatenmenge oder einen gewünschten Einzelaromat bei gleichzeitig hoher Flüssigausbeute zu erzeugen, wobei der Einfluß der Einsatzproduktschwankungen und der Katalysatoralterung durch ein dem Steuerungsziel untergeordnetes Reaktortemperatureingangsprofil, ausgeschaltet wird.

Zur Steuerung des Prozesses eignen sich folgende Kennwerte:

1. Aromantenkennzahl

K_A = AA-FA —FA—Flüssigausbeute (in Gew.-%) bez. auf Einsatzprodukt

—AA—Aromatenausbeute (i. Gew.-%) bez. auf Einsatzprodukt

— K_A—Aromatenkennzahl wobei gilt: ' N

AA= FA- Σ a,

._ a;— individueller Aromatenanteil (Gew.-%) im Reformat bzw. Aromisat,derfürdie

Aromatenabtrennung vorgesehen ist.

N— Anzahl der individuellen Aromaten, die für die Aromatenabtrennung vorgesehen sind. Die Kennzahl Ka liegt zur Charakterisierung der Gesamtaromatenausbeute im Bereich 2000-5000. p/\- ^mA IQ« —ιτιε— MassenstromdesEinsatzproduktesfürdieReformierungoderAromatisierung

rh_E —m_A—Massenstrom Reformat oder Aromisat

2.VK-Kennzahl

K_VK=NA-FA —NA—Nichtaromatenausbeute (in Gew.-%) bezogen auf Einsatzprodukt

NA=FA-AA

Durch die Aromatenausbeute AA wird der Anteil an Aromaten erfaßt, der in einem dem Reaktor nachgeschalteten Destillations- und/oder Extraktionsblock vom Reformat bzw. Aromisat weitestgehend abgetrennt wird.

Die VK-Kennzahl charakterisiert den Anteil des Reformats bzw. Aromisats, der in den Kraftstoff gemischt wird. Sie liegt im Bereich 1000-5500.

Die Kennzahlen K_A und K_Vk oder eine Kombination aus beiden Κχ = PiKa + P2KVK Kombinationskennzahl Pi, P₂ — Wichtungsfaktoren können durch ein bestimmtes Reaktortemperatureintrittsprofil der Form

Tri > Tr₂ > T_R3 > T_R4 oder

Tri < Tr₂ < T_R3 < T_R4 oder

Tri < Tr₂ < Tr₃ > Tr₄ oder

Tri > Tr₂ < T_R3 > T_R4 oder

Tri < Tr₂ > Tr₃ < Tr₄

für das gewünschte Steuerungsziel eingesetzt werden, wobei

T_R1 = Eingangstemperatur Reaktor 1

Tr₂ = Eingangstemperatur Reaktor 2

T_B3 = Eingangstemperatur Reaktor 3

Tr₄= Eingangstemperatur Reaktor 4 bei einer 4 Reaktorschaltung bedeuten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Beispieles näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt das Verfahrensschema einer Aromatenerzeugungsanlage mit den Einrichtungen zur Prozeßsteuerung.

Die Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Fig. 1 und der Tabelle 1 und 2 vorgenommen. Am Eingang der Reformierungs- und Aromatisierungsanlage wird ein Einsatzgemisch gemäß Tabelle 1 und 2 verwendet. In Tab. 1 und 2 sind für verschiedene Fahrweisen mit unterschiedlichen Einsatzprodukten Flüssigausbeuten FA, Aromaten- und Nichtaromatenausbeuten AAund NA,Aromatenkennzahlen K_A,VK-Kennzahlen K_Vkund die Kombinationskennzahlen K_xmitden * dazugehörigen Temperaturprofilen zusammengestellt.

Das realisierte Temperaturprofil T_Ri hat in den Versuchsprodukten 1,2,3 der Tab. 2 und in den VP1,2,3,4 der Tab. 1 die Form Tri < Tr₂ < T_R3 < Tr₄, dagegen in den Versuchspunkten 5 und 6 der Tabelle 1 und in den Versuchspunkten 4,5,6 derTab.2 die Form Tr₁ < T_R2 < T_R3 > T_R4.

Das Einsatzprodukt A ist ein Leicht-Mittelbenzingemisch, B ein Leichtmittelbenzingemisch mit erhöhtem Mittelbenzinanteil und im Einsatzprodukt C ist der Mittelbenzinanteil noch weiter erhöht

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:

Durch den Eingangsmengenmeßfühler 13 wird der Eingangsmengenstrom EP erfaßt.

Gleichzeitig wird über den Ausgangsmengenmeßfühler 14 der Aromisatmengenstrom AF, welcher aus den Aufheizern 1,2,3 und 4 und den Reaktoren 5,6,7 und 8 kommt und die Aromisatzusammensetzung mit Hilfe des Ausgangsanalysemeßfühlers 15 bestimmt.

Mit Hilfe dieser Information und den vorher ausgeführten mathematischen Algorithmen wird vom Kennwertkalkulator 20, die Flüssigausbeute FA, die Aromaten- und Nichtaromatenausboute Aa und NAa, die Aromaten- und V|<-Kennzahl K_A und K_v< und zum. Schluß die gewichtete Kombinationskennzahl K_x kalkuliert. Diese Kennzahlen werden bei Vorliegen eines stationären Anlagenzustandes ermittelt (Tr,, Pr und EP — konst). Die so ermittelten Kennwerte gjshen in den Steuerungs- und Grenzwertüberwachungskalkulator 21 ein.

In diesem sind die zuletzt berechneten Werte für die Kennzahlen Ka, Kyi<bzw. K_x gespeichert, ebenso Grenzwerte für die Ausbeuten FA und AA.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, im Steuerungs- und Grenzwertüberwachungskalkulator 21 auch technologische Begrenzungen wie Reaktoreintrittstemperaturen und Ventilöffnungsgrade vorzusehen.

In der weiteren Erläuterung zum Anwendungsfall wird angenommen, daß die Aromatenkennzahl Ka möglichst hoch sein soll, wobei folgende Bedingungen einzuhalten sind: FA = 76%, AA = 48%.

In Tabelle 2, VP1 werden die Grenzbedingungen erfüllt und eine K_A, = 4158 erreicht. Die Umstellung auf das Produkt Aergibt bei dem eingestellten Regime eine Aromatenkennzahl von K_Az = 3648, wobei die Grenzbedingungen eingehalten werden. Da Ka₂ < K_A, ist, wird durch den Steuerungs- und Grenzwertüberwachungskalkulator 21 über die Stelleinrichtungen 17,18 und 19 die Heizmittelzufuhr zu den Vorheizern 2,3 und 4 erhöht, die T_R, der Reaktoren 6,7 und 8 angehoben und der Versuchspunkt 3 Tabelle 2 eingestellt. Es gibt Ka₃ > Ka₂.

Bei der Fahrweise entsprechend VP4 Tabelle 2 wird bei Produktumstellung die Grenzbedingung für die Aromatenausbeute verletzt (s.VP5Tab.2), ebenfalls ist ein starkes Absinken der Kennzahl K_A zu verzeichnen. Bei Umstellung der Fahrweise entsprechend VP6 wird die Grenzbedingung wieder eingehalten und die K_A erhöht. In der Tabelle 1 ist aufgezeigt, wie sich die Kennzahlen verändern, wenn die gleichen Reaktoreintrittstemperaturen T_Ri nach Wechsel der Einsatzproduktzusammensetzung beibehalten werden

Verluste an Anlagenkapazität und Ausbeute sind dabei unvermeidbar.

Tabelle 1

VP EP g^aktor^|ntr^tstemp_ßZt(K) FA AA

^KVK

1	B	773	2	786	803	807	76,0	25,0	51,0	3876	1940	2906	ir
2	A	773	786	803	807	75,0	26,0	49,0	3675	1950	2812
3	C	773	785	805	808	78,0	28,0	53,0	4134	1950	3042
4	A	773	785	805	808	76,5	27,5	49,0	3748	2104	2926
5	A	785	793	815	788	78,0	31,0	47,0	3666	2418	3042
6	B	785	793	815	788	80,0	V 31,0	49,0	3920	2480	3200
Tabe	lie					. ·

VP EP Reaktoreintrittstemp. (K) PA NA R1 R2 R3 R4 AA

1	C	773	782	800	804
2	A.	773	782	800	804
3	A	773	785	803	806
4	B	773	783	801	790
5	A	773	783	801	790
6	A.	785	793	815	786

230 54,0 4158 1771 2964

76,0 28,0 48,0 3648 2128 2888

78,0 24,0 54,0 ' 4212 1872 3042

82,0 32,0 50,0 4100 2624 3362

80,0 33,0 47,0 3760 2640 3200

80,0 .30,0 80,0 4000 2400 -3200

Claims

- 1 - £fV* 393

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur Steuerung von Reforming-und Aromatisierungsreaktoren, gekennzeichnet dadurch, daß vorgegebene Ausbeuten an Gesamtaromaten oder individuellen Einzelaromaten und/oder Vergaserkraftstoffkomponenten erzielt werden, in dem die diese Ausbeuten charakterisierenden Kennzahlen

K_A = AA · FA Aromatenkennzahl von 2000 bis 5000.

Kvk = NA FA VK-Kennzahl von 1000 bis 5500

K_x = 1 · K_A + 2Kvk Kombinationskennzahl von 1000 bis 5500

durch Verstellung der Reaktoreintrittstemperaturen T_Ri gesteuert werden, wobei das Eintrittstemperaturprofil über die Reaktoren konstant, steigend, oder mit einem oder mehreren Maxima ausgebildet ist.