DE1470686B - Process for converting asphalt, sulfur, nitrogen and oxygen compounds as well as metallic impurities containing heavy hydrocarbon oil into lower boiling products - Google Patents

Process for converting asphalt, sulfur, nitrogen and oxygen compounds as well as metallic impurities containing heavy hydrocarbon oil into lower boiling products

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DE1470686B
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John George Des Piaines; Gleim William Karl Theodor Island Lake; 111. Gatsis (V.StA.)
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Universal Oil Products Co
Original Assignee
Universal Oil Products Co

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raturen eine Dehydrierungsaktivität begünstigen, lie- selbe wie der in der ersten Zone. Unter den hier anfert der vergiftete Hydrokrack- oder Krackkatalysa- gewendeten Bedingungen erfolgt keine Stickstoffent- : tor steigend übermäßige Mengen an Koks, Wasser- aktivierung des Katalysators, und Beschickungsmatestoff und Kohlenwasserstoffgasen, bis der Katalysa- rialien, die etwa 3000 ppm Stickstoff enthalten köntor regeneriert oder ersetzt werden muß. Die Gegen- 5 nen kontinuierlich in ein tiefersiedendes Produkt bei wart übermäßiger Mengen von metallorganischen hohen Ausbeuten und während einer längeren Zeit-Komplexverbindungen beeinträchtigt auch andere dauer umgewandelt werden. Es wird angenommen, Verfahren, wie katalytische Reformierungen, Isome- daß die Vorbehandlung bei niedriger Temperatur ι risierungen, Hydrodealkylierungen. Vanadin selbst hauptsächlich Hydrierreaktionen umfaßt, während ; ist auch schädlich in schwerflüssigen Heizölen und io die nachfolgende Behandlung bei höherer Tempe- : festen Rückständen, die als Heizstoffe verwandt wer- ratur in der Hauptsache Hydrokrackungen beinhal- '. den, da Vanadinpentoxyd bei hoher Temperatur die tet. Durch die anfängliche Metallentfernung und Um- ; feuerfesten Leitungen, Röhren und andere Metall- Wandlung hochmolekularer Koksvorläufer unter Hybestandteile einer Heizvorrichtung angreift. drierbedingungen läuft die nachfolgende Hydro-Es ist bekannt, schwerflüssige Beschickungsmate- 15 krackungsreaktion unter minimaler Koksbildung und j rialien mit den obengenannten Verunreinigungen di- unter minimaler Gasentwicklung sowie demgemäß j rekt zu Benzinen, Mitteldestillaten und reinen Brenn- unter Bildung einer hohen Ausbeute an flüssigem Stoffschwerölen katalytisch zu kracken oder zu hy- Produkt ab.temperatures favor dehydrating activity, same as that in the first zone. Under the conditions used here to produce the poisoned hydrocracking or cracking catalyst, there is no nitrogen discharge: increasing excessive amounts of coke, water activation of the catalyst, and feedstock and hydrocarbon gases until the catalysts, which contain about 3000 ppm nitrogen, are regenerated or needs to be replaced. The opposing 5 are continuously converted into a lower-boiling product with excessive amounts of organometallic high yields and for a longer period of time complex compounds are also impaired in other durations. It is assumed that processes such as catalytic reforming, isome- that the pretreatment at low temperature ι risationen, hydrodealkylations. Vanadium itself mainly comprises hydrogenation reactions, while; is also harmful in low-viscosity heating oils and the subsequent treatment at higher temperatures: solid residues that are used as heating fuels mainly contain hydrocracking . because vanadium pentoxide is the tet at high temperature. Through the initial metal removal and remodeling; attacks refractory lines, pipes and other metal conversion of high molecular weight coke precursors under hy constituents of a heating device. The following hydro-It is known to use heavy liquid feed materials with minimal coke formation and materials with the above-mentioned impurities with minimal gas development and, accordingly, directly to gasoline, middle distillates and pure fuel, with the formation of a high yield of liquid heavy oils to crack catalytically or to hy- product.

drokracken, jedoch werden bei den herkömmlichen Nach der Erfindung können getoppte Roherdöle, Temperaturen, z. B. über etwa 400° C, in starkem 20 atmosphärische Destillate, schwere Kreislauföle aus.drokracken, but with the conventional According to the invention, topped raw oils, Temperatures, e.g. B. above about 400 ° C, in strong 20 atmospheric distillates, heavy cycle oils.

! . Maße Wasserstoff und" leichte Kohlenwasserstoff gase thermisch oder katalytisch gekracktem Material,! . Dimensions of hydrogen and "light hydrocarbon gases thermally or catalytically cracked material,

f'~) sowie große Mengen an Koks gebildet, und infolge leichte und schwere Vakuumgasöle, besonders aberf '~) as well as large amounts of coke, and as a result light and heavy vacuum gas oils, but especially

V der Koksablagerung und Ansammlung metallischer Beschickungsmaterialien, die ölunlösliche AsphalteV the coke deposit and accumulation of metallic feed materials, the oil-insoluble asphalts

j ' Verunreinigungen wird der Katalysator schnell ent- enthalten, wie etwa Roherdöl und verunreinigte j aktiviert. Bei niedrigeren Temperaturen sind die 25 Rückstände behandelt werden. Roherdöl ist bevor-The catalyst will quickly remove impurities, such as crude oil and impurities j activated. At lower temperatures the 25 residues are to be treated. Raw oil is preferred

Kohlenwasserstoffumwandlungen geringfügig, ebenso ' zugt, weil die ölunlöslichen Asphalte kolloidal disper-Slight hydrocarbon conversions, also because the oil-insoluble asphalts are colloidally dispersed

wie die Freisetzung von Stickstoff und Schwefel. Dar- giert sind und so leichter zu öllöslichen Kohlenwas-like the release of nitrogen and sulfur. Are shown and thus more easily converted to oil-soluble hydrocarbons

über hinaus vergiftet die Anwesenheit von etwa serstoffen umgewandelt werden können, während dieIn addition, the presence of some substances can be converted during the poisoning

1 ppm Stickstoff in einem Destillatmaterial einer ka- Asphalte in getopptem Roherdöl bereits infolge der1 ppm nitrogen in a distillate material of a ka- asphalt in topped crude oil already as a result of the

talytischen Hydrokrackung in den meisten Fällen 30 Fraktionierungstemperatur in gewissem Grade agglo-analytical hydrocracking in most cases 30 fractionation temperature to some extent agglomerated

die Katalysatoren. meriert sind und daher weniger leicht umgewandeltthe catalysts. are merged and therefore less easily converted

Aufgabe der Erfindung ist ein einfaches Zwei- werden. Das Verfahren ist auch gut für die Aufbe-The object of the invention is a simple two-way. The procedure is also good for the

stufenverfahren für die Umwandlung eines schwer- reitung von Destillatmaterialien geeignet, die öllös-step process suitable for the conversion of a heavy-duty production of distillate materials that are oil-soluble

flüssigen Kohlenwasserstofföles mit nichtmetallischen liehe Harze und Asphalte sowie die obengenanntenliquid hydrocarbon oils with non-metallic resins and asphalts, as well as the above

und metallischen Verunreinigungen in niedriger- 35 metallischen und nichtmetallischen Verunreinigun-and metallic impurities in lower 35 metallic and non-metallic impurities

siedende Produkte mittels Wasserstoff bei erhöhter gen enthalten.contain boiling products by means of hydrogen with increased gene.

Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart eines Der erfindungsgemäß verwendete feste Hydrierfesten Hydrierungskatalysators zu gereinigten Koh- katalysator besteht aus metallischen Komponenten lenwasserstoffen als Produkt, das Benzine, Mittel- mit Hydrieraktivität und einem Träger, der aus einem destillate und reine schwerflüssige Materialien um- 40 hitzebeständigen anorganischen Oxyd synthetischen faßt. oder natürlichen Ursprungs besteht, eine große Ober-Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch fläche bildet und eine gut entwickelte Porenstruktur gekennzeichnet, daß man das Schweröl zum Teil besitzt.Temperature and elevated pressure in the presence of one of the solid hydrogenation strengths used according to the invention Hydrogenation catalyst to purified co-catalyst consists of metallic components lenhydrogen as a product, the gasoline, means with hydrogenation activity and a carrier that consists of a distillate and pure, heavy-bodied materials around- 40 heat-resistant inorganic oxide synthetic grasps. or of natural origin, a large surface area and a well-developed pore structure characterized in that the heavy oil is partly owned.

verdampft und das erhaltene Mischphasenöl mit Geeignete Trägersubstanzen bestehen aus Alumi-Wasserstoff aufwärts durch eine erste Wirbelschicht- 45 niumoxyd, Siliciumdioxyd, Zirkonoxyd, Magnesiumzone in Gegenwart eines Hydrierkatalysators aus oxyd, Titanoxyd, Thoriumoxyd, Boroxyd, Strontiumeinem Metall der Gruppe VI a des Periodensystems oxyd, Hafniumoxyd und Komplexen aus zwei oder und Nickel auf dem hitzebeständigen Träger bei einer mehr Oxyden, wie Siliciumdioxyd—Aluminiumoxyd, Temperatur von 370 bis 440° C unter einem Druck Siliciumdioxyd—Zirkonoxyd, Siliciumdioxyd—Mavon über 34 atü leitet, die niedrigsiedenden Frak- 50 gnesiumoxyd, Siliciumdioxyd—Titanoxyd, Alumitionen des Öles vom Katalysator ausstreift, darauf niumoxyd—Zirkonoxyd, Aluminiumoxyd—Magneden Katalysator mit den nicht ausgestreiften höher- siumoxyd, Aluminiumoxyd—Titanoxyd, Magnesiumsiedenden Ölfraktionen aus der ersten Reaktionszone oxyd—Zirkonoxyd, Titanoxyd—Zirkonoxyd, Magnein die zweite, den gleichen Katalysator wie die erste siumoxyd—Titanoxyd, Siliciumdioxyd—Aluminium-Zone enthaltende Reaktionszone leitet und mit auf- 55 oxyd—Zirkonoxyd, Siliciumdioxyd—Aluminiumwärts strömendem Wasserstoff umsetzt, jedoch die oxyd—Magnesiumoxyd, Siliciumdioxyd—Alumini-Reaktionstempefatur höher als in der ersten Zone umoxyd—Titandioxyd, Siliciumdioxyd—Magnesiumim Bereich von 413 bis 468° C hält, das in der zwei- oxyd—Zirkonoxyd und Siliciumdioxyd—Magneten Reaktionszone umgesetzte Öl aus den Katalysa- siumoxyd—Titandioxyd. Die Trägersubstanz kann torteilchen ausstreift und man den ausgestreiften Ka- 60 zusätzlich als Beschleuniger Halogen, speziell Fluor talysator aus der zweiten Zone wieder zur ersten oder Chlor, Borsäure, Phosphorsäure und Bor-Zone zurückleitet. phosphat enthalten.evaporated and the resulting mixed-phase oil with Suitable carrier substances consist of aluminum hydrogen upward through a first fluidized bed- 45 nium oxide, silicon dioxide, zirconium oxide, magnesium zone in the presence of a hydrogenation catalyst made from oxide, titanium oxide, thorium oxide, boron oxide, strontium oxide Metal of group VI a of the periodic table oxide, hafnium oxide and complexes of two or and nickel on the refractory support for one of more oxides, such as silica-alumina, Temperature from 370 to 440 ° C under pressure. Silica-Zirconia, Silica-Mavon The low-boiling fractions of magnesium oxide, silicon dioxide — titanium oxide, aluminum ions of the oil stripped from the catalyst, then nium oxide - zirconium oxide, aluminum oxide - magnet Catalyst with unstriped higher sium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, magnesium boiling ends Oil fractions from the first reaction zone oxide — zirconium oxide, titanium oxide — zirconium oxide, Magnein the second, the same catalyst as the first siumoxide-titania, silica-aluminum zone The reaction zone containing the reaction zone leads and with oxide — zirconium oxide, silicon dioxide — aluminum towards the direction flowing hydrogen, but the oxide-magnesium oxide, silicon dioxide-aluminum reaction temperature higher than in the first zone umoxide — titanium dioxide, silicon dioxide — magnesium im Holds range from 413 to 468 ° C in the di-oxide — zirconium oxide and silicon dioxide — magnets Reaction zone converted oil from the catalysis oxide-titanium dioxide. The carrier substance can gate particles and the stripped Ka- 60 is additionally used as an accelerator halogen, especially fluorine catalyst from the second zone back to the first or chlorine, boric acid, phosphoric acid and boron zone returns. contain phosphate.

Die Behandlung in der niedrigertemperierten Ein Hydrierkatalysator mit porösem, hitzebestän-The treatment in the lower temperature A hydrogenation catalyst with porous, heat-resistant

ersten Zone mit Wasserstoff macht die Verwendung digem, anorganischem Oxydträger besitzt die Fähig-first zone with hydrogen makes the use of a digem, inorganic oxide carrier has the ability

eines stickstoffunempfindlichen Katalysators und den 65 keit, in seinen Poren eine wesentliche Menge, z. B.a nitrogen-insensitive catalyst and the 65 speed, in its pores a substantial amount, z. B.

Gebrauch mehrerer getrennter Anlagen zur Beschik- bis zu 50 Gewichtsprozent, hochsiedenden Kohlen-Use of several separate systems for charging up to 50 percent by weight, high-boiling coal

kungsherstellung überflüssig. Der Hydrierkatalysator wasserstoff zu adsorbieren, während er noch trockenNo need to manufacture the product. The hydrogenation catalyst adsorbs hydrogen while it is still dry

in der zweiten oder höhertemperierten Zone ist der- und frei fließend erscheint. Es wurde ferner gefun-in the second or higher tempered zone is and appears to flow freely. It was also found

den, daß umgewandelte Asphalte, d. h. Asphalte, die unter den Bedingungen einer milden hydrierenden Krackung hochsiedende Kohlenwasserstoffe ergaben, ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für unbehandelte Asphalte darstellen, die selbst in Pentan unlöslich sind und in einem Roherdölmaterial kolloidal dispergiert oder in einem getoppten Roherdölmaterial agglomeriert dispergiert vorliegen. Die unbehandelten Asphalte werden viel leichter zu öllöslichen Produkten umgewandelt, wenn sie anfänglich in solch einem Lösungsmittel gelöst werden, als wenn.sie in einer fließenden Trägersubstanz suspendiert behandelt werden. Das Asphaltlösungsmittel wird in den Teilchen des Hydrierkatalysators bevorzugt festgehalten gegenüber niedrigersiedenden Anteilen des wasserstoff- behandelten Beschickungsmaterials, wenn diese Teilchen mit einem gasförmigen Abstreifmittel, wie etwa heißem Wasserstoff, in Kontakt gebracht werden. Infolgedessen wird die hochsiedende Fraktion im Hydrierkatalysator adsorbiert,- und die öltragenden Teilchen werden dann in der hochtemperierten Abstreif-Umwandlungszone mit heißem Wasserstoff behandelt, um adsorbiertes vorerwärmtes Öl in niedrigersiedende Kohlenwasserstoffe umzuwandeln und dieses niedrigersiedende Produkt aus den Katalysatorteichen abzustreifen, die dann zur ersten Zone zurückgebracht werden, obwohl sie noch etwas Asphaltlösungsmittel enthalten.that converted asphalts, d. H. Asphalts which under the conditions of a mild hydrating Cracking gave high boiling hydrocarbons, an excellent solvent for untreated Represent asphalts which are insoluble even in pentane and are colloidally dispersed in a crude oil material or agglomerated dispersed in a topped crude oil material. The untreated Asphalts are much more easily converted to oil-soluble products when initially in one Solvents are dissolved as if they are treated suspended in a flowing vehicle. The asphalt solvent is held in the particles of the hydrogenation catalyst preferentially over lower-boiling fractions of the hydrogen treated feed material if these particles are exposed to a gaseous stripping agent such as hot hydrogen. As a result, the high-boiling fraction becomes in the hydrogenation catalyst adsorbed - and the oil-bearing particles are then in the high temperature stripping conversion zone treated with hot hydrogen to convert adsorbed preheated oil into lower boiling point To convert hydrocarbons and this lower-boiling product from the catalyst ponds stripped, which are then returned to the first zone, although they still have some asphalt solvent contain.

Die Konzentration der Metallkomponente im Katalysator mit Trägersubstanz wird primär von dem jeweiligen Metall abhängen. Zum Beispiel sind die Metalle der Gruppen VIa vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 und 20 Gewichtsprozent und Nikkei zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent vorhanden.The concentration of the metal component in the catalyst with the carrier substance is primarily determined by the depend on the respective metal. For example, the Group VIa metals are preferably in one Amount between 1 and 20 weight percent and Nikkei between 2 and 10 weight percent present.

Der hitzebeständige anorganische Träger kann durch Säurebehandlung eines natürlichen Tons, Mischausfällung oder schrittweise Ausfällung aus Hydrosolen, gegebenenfalls verbunden mit Aktivierungsstufen, die eine Eindampfung, Trocknung, Oxydation, Reduktion, Kalzinierung einschließen, gebildet werden. Die aktiven Metallkomponenten können auf dem Träger durch Imprägnierung mit einer Lösung oder durch Mischausfällung des Metalls mit dem Träger aus einer wäßrigen Lösung gebildet werden. Katalysatoren mit Trägersubstanzen, die für den Gebrauch bei der Erfindung geeignet sind, besitzen vorzugsweise eine Oberfläche von 50 bis 700 m2/g, einen Porendurchmesser von 20 bis 600 A, ein Porenvolumen von 0,10 bis 0,80 ml/g und ein Schüttgewicht von 0,20 bis 0,80 g/cm3. Da der Katalysator im Wirbelschichtverfahren verwendet wird, sollten die Katalysatorteilchen Durchmesser zwischen 20 und 100 Mikron haben. Ein sehr zufriedenstellender Hydrierkatalysator besteht aus 2% Nickel und 16 % Molybdän auf einem Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd-Träger (63% Al2O3, 37% SiO2). Ein anderer guter Katalysator besteht aus 1% Nickel und 8% Molybdän auf einem Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd-Borphosphat-Träger mit 68% Al2O3, 10% SiO2 und 22% BPO4.The heat-resistant inorganic carrier can be formed by acid treatment of a natural clay, mixed precipitation or stepwise precipitation from hydrosols, optionally combined with activation steps which include evaporation, drying, oxidation, reduction, calcination. The active metal components can be formed on the carrier by impregnation with a solution or by mixed precipitation of the metal with the carrier from an aqueous solution. Supported catalysts suitable for use in the invention preferably have a surface area of 50 to 700 m 2 / g, a pore diameter of 20 to 600 Å, a pore volume of 0.10 to 0.80 ml / g and a Bulk density from 0.20 to 0.80 g / cm 3 . Since the catalyst is used in the fluidized bed process, the catalyst particles should be between 20 and 100 microns in diameter. A very satisfactory hydrogenation catalyst consists of 2% nickel and 16% molybdenum on an aluminum oxide-silicon dioxide carrier (63% Al 2 O 3 , 37% SiO 2 ). Another good catalyst consists of 1% nickel and 8% molybdenum on an alumina-silicon dioxide-boron phosphate support with 68% Al 2 O 3 , 10% SiO 2 and 22% BPO 4 .

Die Vorzüge des Zweistufenverfahrens nach der Erfindung gegenüber herkömmlichen Einstufenbehandlungen werden durch die folgenden Vorversuche erläutert, wobei Versuch A in einer einzigen Stufe bei hoher Temperatur und Versuch B in zwei Stufen durchgeführt wurde, wobei erst bei niedriger und dann bei hoher Temperatur gearbeitet wurde.The advantages of the two-step process of the invention over conventional one-step treatments are illustrated by the following preliminary tests, with test A in a single Stage at high temperature and test B was carried out in two stages, with only lower and then worked at a high temperature.

Versuch A: 100 g eines Wyoming-Sauerrohöls vom spezifischen Gewicht 0,9180/15° C mit 2700 ppm Stickstoff wurden in einen 850-cm3-Schüttelautoklav gegeben. Dann setzte man 20 g Katalysator, der aus 2% Nickel und 16% Molybdän auf einem Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd-Träger mit 25% Siliciumdioxyd bestand, der Autoklavfüllung zu und mischte den Katalysator mit dem Rohöl gründlich durch. Der Autoklav wurde verschlossen, unter Wasserstoffdruck gesetzt und schnell auf eine Temperatur von 440° C gebracht, bei der der Wasserstoffdruck etwa 130 Atmosphären betrug. Die Behandlung wurde bei 440° C 3 Stunden lang fortgesetzt, nach dieser Zeit wurde das Reaktionsgas analysiert, der Autoklav vom Druck befreit und das flüssige Produkt gewonnen.Experiment A: 100 g of a Wyoming sour crude oil with a specific gravity of 0.9180 / 15 ° C. with 2700 ppm nitrogen were placed in a 850 cm 3 shaking autoclave. Then 20 g of catalyst, which consisted of 2% nickel and 16% molybdenum on an alumina-silicon dioxide carrier with 25% silicon dioxide, were added to the autoclave filling and the catalyst was thoroughly mixed with the crude oil. The autoclave was sealed, pressurized with hydrogen and quickly brought to a temperature of 440 ° C, at which the hydrogen pressure was about 130 atmospheres. The treatment was continued at 440 ° C. for 3 hours, after which time the reaction gas was analyzed, the pressure was released from the autoclave and the liquid product was recovered.

Versuch B: Versuch A wurde unter Verwendung des gleichen Rohöls und des gleichen Katalysators wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß das Reaktionsgemisch zuerst auf 402° C erhitzt und 2V2 Stunden gehalten wurde. Dann steigerte man die Reaktionstemperatur auf 440° C und hielt sie dort während 30 Minuten; darauf ließ man allmählich während der nächsten 30 Minuten die Temperatur auf 427° C absinken.Trial B: Trial A was performed using the same crude oil and catalyst repeated, but with the exception that the reaction mixture is first heated to 402 ° C and Was held for 2½ hours. Then you increased it Reaction temperature to 440 ° C and held there for 30 minutes; it was gradually left to during the next 30 minutes the temperature will drop to 427 ° C.

Ein Vergleich der Ergebnisse von Versuch A und B ist in der Tabelle gegeben:A comparison of the results from experiment A and B is given in the table:

ReaktionsbedingungenReaction conditions

Zeit in StundenTime in hours

Temperatur 0C Flüssiges ProduktTemperature 0 C Liquid product

spezifisches
Gewicht
bei 15° C
specific
Weight
at 15 ° C

Stickstoff
ppm
nitrogen
ppm

ReaktionsgasReaction gas

H2 H 2

Gewichtsprozent Weight percent

C1-C5 C 1 -C 5

Gewichtsprozent Weight percent

Versuch A
Versuch B
Attempt a
Attempt B

2,5 12.5 1

440440

402 440 bis 0,8227
J 0,8193
402 440 to 0.8227
J 0.8193

166
164
166
164

72,0
88,4
72.0
88.4

25,6
5,8
25.6
5.8

Während in beiden Fällen die Stickstoffentfernung 90% überstieg, verminderte die Vorwärmstufe des Rohöls mit Wasserstoff bei 402° C (Versuch B) die Entstehung leichter gasförmiger Kohlenwasserstoffe um mehr als 75%. Nichtsdestoweniger bestand das flüssige Produkt aus einem großen Anteil an im Benzinbereich siedendem Material, wie aus dem niedrigen spezifischen Gewicht ersichtlich ist.While nitrogen removal exceeded 90% in both cases, the preheat stage decreased the Crude oil with hydrogen at 402 ° C (experiment B) results in the formation of light gaseous hydrocarbons by more than 75%. Nonetheless, the liquid product consisted of a large proportion of gasoline boiling material, as can be seen from the low specific weight.

65 Das Zweistufenverfahren der Erfindung kann leicht kontinuierlich durchgeführt werden, indem man einen Schwerölstrom mit oder ohne Beimischung von Wasserstoff auf eine Temperatur im Bereich von 370 bis 440° C erhitzt, das Öl in einer ersten Reaktionszone mit einem Wasserstoffstrom in Gegenwart eines Hydrierkatalysators behandelt, der die schwerflüssigen Bestandteile des vorbehandelten Öls adsorbiert65 The two step process of the invention can easily be carried out continuously by a heavy oil stream with or without admixture of hydrogen to a temperature in the range of 370 heated to 440 ° C, the oil in a first reaction zone with a stream of hydrogen in the presence of a Treated hydrogenation catalyst, which adsorbs the heavy components of the pretreated oil

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und somit als Öltransportmittel fungiert. Das vor- eingeführt, die eine Katalysatorwirbelschicht enthielt behandelte Öl wird dann mit oder ohne Beimischung (2 % Nickel und 16 %> Molybdän auf einem porösen von Wasserstoff auf eine höhere Temperatur als die hitzebeständigen Träger aus 63 % Aluminiumoxyd Vorbehandlungstemperatur erhitzt, und zwar auf und 37 %> Siliciumdioxyd von einer Teilchengröße 413 bis 468° C und sodann in die Hauptreaktions- 5 von 10 bis 150 Mikron). Als Abstreif- und Aufzone eingeführt, die den gleichen Hydrierkatalysator Strömmittel dienender Wasserstoff wurde am Boden wie die erste Reaktionszone enthält, und in die ein der ersten Reaktionszone in einer Menge von Wasserstoffstrom eingeleitet wird. Man gewinnt ein 4450 Nl/1 Beschickung eingeführt. Die Temperatur hydroraffiniertes Produkt von verbesserter Reinheit in der ersten Reaktionszone wurde auf 421° C und und niedrigerem mittlerem Molekulargewicht. Der io der Druck auf 136 Atmosphären gehalten. Die verwendete Wasserstoff wird außerhalb der Hydro- Raumströmungsgeschwindigkeit in der ersten Reakrafflnierzonen zurückgewonnen und in den Kreislauf tionszone betrug 0,85 kg Öl pro Kilogramm Katalyzurückgebracht. In einem wirtschaftlichen Prozeß sator und Stunde. Ein dampfförmiger Produktstrom kann dieser zurückgewonnene Wasserstoff bis wurde oben aus der ersten Reaktionszone abgezogen, 50 Molprozent andere Gase, wie leichte Kohlen- 15 der im wesentlichen katalysatorfrei war und aus wasserstoffgase, Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Am- Wasserstoff, leichten Kohlenwasserstoffgasen und moniak und Wasserdampf, enthalten. Der Wasser- Öldampf bestand sowie zusätzlich einige mitgerisstoffanteil kann 890 bis 53 400 Nl/1 Beschickungsöl sene Flüssigkeitströpfchen enthielt. Die am höchsten und vorzugsweise zwischen 1780 bis 37 600 Nl/1 aus- siedende Fraktion des behandelten Öls jedoch blieb machen. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Öl ist 20 an den Xatalysatorteilchen adsorbiert. Ein Strom in der ersten Zone und zweiten Zone nicht notwen- davon wurde aus dem unteren Teil des ersten Redigerweise das gleiche, da nur ein Teil des Wasser- aktionsabschnittes abgezogen, mit erhitztem Abstoffs der ersten Zone zugegeben werden muß und streif- und Aufströmwasserstoff durchmischt und in der Rest dann in die zweite Zone eingeführt wird, die zweite (hochtemperierte) Reaktionszone transporin die der gesamte Ausfluß aus der ersten Zone auch 25 tiert, und zwar in einer Menge von 6230 Nl/1 Begelangt. Im allgemeinen wird man eine Gesamt- Schickung. Die Temperatur wurde hier auf 452° C wasserstoffmenge von 37,6 bis 376 Nl/1 Beschik- und der Druck auf 136 Atmosphären gehalten. Die kungsmaterial aufwenden, je nach der Natur dieser Kreislaufmenge des Katalysators zwischen den beiBeschickung. Das Verfahren kann in Verbindung den Zonen betrug 855 kg/m3 Beschickung. Der Gemit Wasserstoffgewinnungs- oder Reinigungsanlagen 30 samtwasserstoffverbrauch lag bei 190 Nl/1 Beschikdurchgeführt werden, wodurch ein Strom unreinen kung. Flüssiges Produkt, das aus dem Gesamtausfluß Wasserstoffs kontinuierlich aus einem Umwälzsystem der zweiten Reaktionszone abgetrennt wurde, hatte abgezogen wird, um die Wasserstoffreinheit auf kon- ein spezifisches Gewicht von 0,824 bei 15° C, einen stanter Größe zu halten. Von außen wird dem Sy- Schwefelgehalt von 0,3 Gewichtsprozent und einen stem frischer Wasserstoff zugeführt, um den ver- 35 Stickstoffgehalt von 300 ppm. Dieses Produkt entbrauchten Wasserstoff zu ergänzen. hielt nur 0,03 Gewichtsprozent in Pentan unlöslicheand thus acts as a means of transporting oil. The pretreated oil, which contained a fluidized bed catalyst, is then heated with or without admixture (2% nickel and 16% molybdenum on a porous hydrogen) to a higher temperature than the heat-resistant carrier made of 63% aluminum oxide pretreatment temperature, namely to and 37%> silica from a particle size of 413 to 468 ° C and then in the main reaction 5 from 10 to 150 microns). Introduced as a stripping and opening zone, which contains the same hydrogenation catalyst fluid serving hydrogen at the bottom as the first reaction zone, and into which one of the first reaction zones is introduced in an amount of hydrogen stream. A 4450 Nl / 1 feed is obtained. The temperature of hydrorefined product of improved purity in the first reaction zone was raised to 421 ° C and and lower average molecular weight. The io the pressure was kept at 136 atmospheres. The hydrogen used is recovered outside the hydro space velocity in the first reactor zone and returned to the recycle zone was 0.85 kg of oil per kilogram of catalyst. In an economic processor and hour. A vaporous product stream can this recovered hydrogen until it was withdrawn from the first reaction zone at the top, 50 mole percent of other gases, such as light carbons, which was essentially catalyst-free and comprised of hydrogen gases, hydrogen sulfide, nitrogen, am- hydrogen, light hydrocarbon gases and monia and water vapor, contain. The water and oil vapor as well as some entrained material can contain 890 to 53 400 Nl / 1 of feed oil with its liquid droplets. However, the fraction of the treated oil which boils out to the highest and preferably between 1780 and 37,600 Nl / 1 remained the same. The hydrogen to oil ratio is 20 adsorbed on the catalyst particles. A flow in the first zone and second zone was not necessary from the lower part of the first redigerweise the same, since only a part of the water action section has to be withdrawn, added with heated waste to the first zone and grazing and upstream hydrogen mixed and in the remainder is then introduced into the second zone, the second (high temperature) reaction zone transports the entire outflow from the first zone also 25 benefits, namely in an amount of 6230 Nl / 1 Begelangt. In general, one becomes a general consignment. The temperature here was kept at 452 ° C. from 37.6 to 376 Nl / 1 charge and the pressure was kept at 136 atmospheres. Expend the kungmaterial, depending on the nature of this circulating amount of the catalyst between the loading. The process in connection with the zones was 855 kg / m 3 of feed. The amount of hydrogen generation or purification systems 30 including hydrogen consumption was 190 Nl / 1 loading, which resulted in an impure stream. Liquid product, which was continuously separated from the total outflow of hydrogen from a circulation system of the second reaction zone, had to be withdrawn in order to keep the hydrogen purity at a constant level of 0.824 at 15 ° C. From the outside, the system is supplied with sulfur content of 0.3 percent by weight and a stem of fresh hydrogen to reduce the nitrogen content of 300 ppm. This product is a depleted hydrogen supplement. held only 0.03 percent by weight insoluble in pentane

. . 1 Substanzen, 0,06 ppm Vanadin und 0,03 ppm Nickel.. . 1 substances, 0.06 ppm vanadium and 0.03 ppm nickel.

Beispiel j-jje Ausbeute an flüssiger Substanz in Gewichtspro-Example j-jj e yield of liquid substance in weight per

Ein getopptes Wyoming-Sauerrohöl (90% der zent betrug 87 °/o des gesamten Ausgangsmaterialöls, unter 204° C siedenden Anteile wurden entfernt) mit 40 Wenn in dem obigen Beispiel die erste Reaktions-A topped Wyoming sour crude (90% of the cent was 87% of the total feedstock oil, portions boiling below 204 ° C were removed) with 40 If in the above example the first reaction

einem spezifischen Gewicht von 0,9367 bei 15° C zone fortgelassen und das getoppte Rohölbeschik-a specific gravity of 0.9367 at 15 ° C zone and the topped crude oil feed

und einem Gehalt von 8,5 Gewichtsprozent in Pen- kungsmaterial direkt bei einer Temperatur vonand a content of 8.5 percent by weight in pen- ping material directly at a temperature of

tan unlöslicher Asphalte, 3 Gewichtsprozent Schwe- 452° C unter sonst gleichen Bedingungen behandeltTan-insoluble asphalt, 3 percent by weight sulfur 452 ° C treated under otherwise identical conditions

fei, 2850 ppm Stickstoff, 84 ppm Vanadin und würde, würde die Ausbeute an Flüssigkeit wegenfei, 2850 ppm nitrogen, 84 ppm vanadium and would would be due to the yield of liquid

21 ppm Nickel wurde mit Wasserstoff in einer Menge 45 weitergehender Krackvorgänge und steigender Ge-21 ppm nickel was combined with hydrogen in an amount of 45 more extensive cracking processes and increasing

von 890 Nl/1 Beschickung vermischt. Das Gemisch winnung an leichten Kohlenwasserstoffgasen aufof 890 Nl / 1 charge mixed. The mixture draws on light hydrocarbon gases

wurde vorerhitzt und in eine erste Reaktionszone etwa 65 Gewichtsprozent abfallen.was preheated and about 65 weight percent dropped into a first reaction zone.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Umwandlung eines Asphalte, Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen sowie metallische Verunreinigungen enthaltenden schwerflüssigen Kohlenwasserstofföles in niedrigersiedende Produkte durch Umsetzung mit Wasserstoff in zwei Reaktionszonen unter Überdruck und in Gegenwart eines festen Hydrierkatalysators, der einen adsorptiven hitzebeständigen Träger und mindestens ein Metall enthält, wobei in der zweiten Reaktionszone eine höhere Temperatur als in der ersten Reaktionszone aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schweröl zum Teil verdampft und das erhaltene Mischphasenöl mit Wasserstoff aufwärts durch eine erste Wirbelschichtzone in Gegenwart eines Hydrierkatalysators aus einem Metall der Gruppe VIa des Periodensystems und Nickel auf dem hitzebeständigen Träger bei einer Temperatur von 370 bis 440° C unter einem Druck von über ' 34 atü leitet, die niedrigsiedenden Fraktionen des Öles vom Katalysator ausstreift, darauf den Katalysator mit den nicht ausgestreiften höhersiedenden Ölfraktionen aus der ersten Reaktionszone in die zweite, den gleichen Katalysator wie die erste Zone enthaltende Reaktionszone leitet und mit aufwärts strömendem Wasserstoff umsetzt, jedoch die Reaktionstemperatur höher als in der ersten Zone im Bereich von 413 bis 468° C hält, das in der zweiten Reaktionszone umgesetzte Öl aus den Katalysatorteilchen ausstreift und man den ausgestreiften Katalysator aus der zweiten Zone wieder zur ersten Zone zurückleitet.Process for converting an asphalt, sulfur, nitrogen and oxygen compounds as well as heavy hydrocarbon oils containing metallic impurities in lower-boiling products by reaction with hydrogen in two reaction zones under excess pressure and in the presence of a solid hydrogenation catalyst which is an adsorptive heat-resistant Contains carrier and at least one metal, with a higher in the second reaction zone Temperature than is maintained in the first reaction zone, characterized in that that the heavy oil is partially evaporated and the mixed-phase oil obtained with hydrogen upwards through a first fluidized bed zone in the presence of a metal from group VIa des hydrogenation catalyst Periodic table and nickel on the heat-resistant support at a temperature of 370 to 440 ° C under a pressure of over '34 atü passes the low-boiling fractions of the Strips oil from the catalyst, then the catalyst with the higher-boiling ones that are not stripped Oil fractions from the first reaction zone into the second, the same catalyst as the reaction zone containing the first zone passes and reacts with hydrogen flowing upwards, however, the reaction temperature is higher than in the first zone in the range from 413 to Holds 468 ° C, the converted oil in the second reaction zone strips from the catalyst particles and moving the stripped catalyst from the second zone back to the first zone returns. 4040 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines Asphalte, Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen sowie metallische Verunreinigungen enthaltenden schwerflüssigen Kohlenwasserstofföles in niedrigersiedende Produkte durch Umsetzung mit Wasserstoff in zwei Reaktionszonen unter Überdruck und in Gegenwart eines festen Hydrierkatalysators, der einen adsorptiven hitzebeständigen Träger und mindestens ein Metall enthält, wobei in der zweiten Reaktionszone eine höhere Temperatur als in der ersten Reaktionszone aufrechterhalten wird. Ein solches zweistufiges Hydrierverfahren ist in der USA.-Patentschrift 2 915 452 beschrieben, jedoch ist dessen Ziel und Zweck die Herstellung von oxydationsfesten Erdölschmiermitteln, die besser auf Antioxydationszusätze ansprechen. Wesentlich ist bei diesem bekannten Verfahren die Umwandlung der aromatischen Ringe einiger Schmierölbestandteile in Naphthenringe. Dadurch erfolgt eine Verminderung unerwünschter Reaktionsprodukte in der folgenden schärferen Behandlungsstufe. In der ersten Hydrierstufe wird im Bereich von etwa 230 bis 400° C bei einem Druck von etwa 10,5 bis 211 atü und in der zweiten Hydrierstufe in einem Temperaturbereich von etwa 343 bis 454° C unter einem Druck von etwa 7 bis 176 atü gearbeitet. Die Katalysatoren enthalten Kobalt, Molybdän, Platin, Nickel, Eisen usw. oder deren Oxyde bzw. Sulfide auf Trägern wie Bauxit, Tonerde, Kieselsäuregel, Kieselsäure-Tonerdemassen usw. Als Beschickung wird ein raffiniertes und entwachstes Schmieröldestillat aus paraffinisch-naphthenischem Rohöl verwendet.The invention relates to a method for converting an asphalt, sulfur, nitrogen and oxygen compounds as well as heavy hydrocarbon oils containing metallic impurities into lower-boiling products by reaction with hydrogen in two reaction zones under excess pressure and in the presence of a solid hydrogenation catalyst which is an adsorptive refractory carrier and contains at least one metal, wherein in the second reaction zone a higher temperature than is maintained in the first reaction zone. Such a two-stage hydrogenation process is in U.S. Patent 2,915,452, but its aim and purpose is the manufacture of anti-oxidant petroleum lubricants that are more responsive to anti-oxidant additives. What is essential is this known process converts the aromatic rings of some lubricating oil components into Naphthenic rings. This results in a reduction in undesirable reaction products in the following sharper treatment level. In the first hydrogenation stage is in the range from about 230 to 400 ° C at a pressure of about 10.5 to 211 atmospheres and in the second hydrogenation stage in a temperature range worked from about 343 to 454 ° C under a pressure of about 7 to 176 atü. The catalysts contain Cobalt, molybdenum, platinum, nickel, iron etc. or their oxides or sulfides on carriers such as Bauxite, alumina, silica gel, silica-alumina masses, etc. A refined one is used as the feed and dewaxed lubricating oil distillate from paraffinic naphthenic crude oil is used. Die deutsche Auslegeschrift 1115 393 beschreibt eine katalytische Aufarbeitung von Dämpfen oder Gasen aus der Verkokung, Vergasung oder Verschwelung, und zwar wird in der ersten Druckraffinationsstufe ein Katalysator hoher, mechanischer Festigkeit als aktives Filter benutzt, während in der zweiten Stufe ein anderer Katalysator verwendet wird. Als besonderer Vorteil wird angesehen, daß in der zweiten Zone bei einer niedrigeren Temperatur als in der ersten Zone gearbeitet werden kann.The German Auslegeschrift 1115 393 describes a catalytic processing of vapors or Gases from coking, gasification or smoldering, namely in the first pressure refining stage a high mechanical strength catalyst used as an active filter while in the a different catalyst is used in the second stage. It is considered a particular advantage that it is possible to work in the second zone at a lower temperature than in the first zone. Die beiden bekannten Verfahren gehen von relativ reinen Beschickungen aus. Es fehlen insbesondere die verschiedenen Verunreinigungen, die als Katalysatorgifte wirken. Auch handelt es sich in beiden Fällen nicht um die Gewinnung eines benzinartigen, flüssigen Produktes.The two known processes start from relatively pure feeds. In particular, it is missing the various impurities that act as catalyst poisons. It is also in In both cases it is not about the production of a gasoline-like, liquid product. Schwere Kohlenwasserstofföle, wie sie beim Verfahren der Erfindung als Beschickung dienen, also z. B. verunreinigtes Roherdöl, Rückstand der ersten Destillation sowie andere schwerflüssige Kohlenwasserstofffraktionen und daraus abgetrennte Destillate, enthalten verschiedene nichtmetallische und metallische Verunreinigungen, wie Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff. Stickstoff vergiftet verschiedene Katalysatoren, die bei der Umwandlung von Erdölfraktionen verwandt werden können. Stickstoff und Schwefel sind aber auch deswegen unangenehm, weil sie bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe Stickoxyde und Schwefeloxyde freisetzen. Schwefel führt auch zur Bildung harzartiger Bestandteile und verringerter Bleiempfindlichkeit.Heavy hydrocarbon oils such as are used as feed in the process of the invention, that is z. B. contaminated crude oil, residue from the first distillation and other heavy hydrocarbon fractions and distillates separated therefrom, contain various non-metallic and metallic impurities such as nitrogen, sulfur and oxygen. Nitrogen poisons various catalysts involved in the conversion of petroleum fractions can be used. But nitrogen and sulfur are also unpleasant because they release nitrogen oxides and sulfur oxides when the hydrocarbons are burned. sulfur also leads to the formation of resinous components and reduced lead sensitivity. Eine andere Gruppe von Rohölverunreinigungen ist Asphalt, der einen nicht destillierbaren, ölunlöslichen und hochmolekularen Koksvorläufer darstellt und Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und Metalle enthält. Beim Erhitzen etwa während der Vakuumdestillation koaguliert und/oder polymerisiert Asphalt und läßt sich äußerst schwer in wertvollere öllösliche Produkte umwandeln. Daher sind in den schwerflüssigen Rückständen aus einer Vakuumdestillationskolonne die polymerisierten Asphalte bei normaler Temperatur fest. Solch ein Produkt ist lediglich als Straßenasphalt zu verwenden oder in Verdünnung mit Mitteldestillaten als minderwertiger Brennstoff.Another group of crude oil contaminants is asphalt, which is non-distillable and insoluble in oil and represents high molecular weight coke precursor and contains sulfur, nitrogen, oxygen and metals. When heated, for example during vacuum distillation, asphalt coagulates and / or polymerizes and are extremely difficult to convert into more valuable oil-soluble products. Therefore, they are in the heavy-bodied Residues from a vacuum distillation column remove the polymerized asphalt at normal Temperature fixed. Such a product is only to be used as road asphalt or in dilution with middle distillates as inferior fuel. Die häufigsten metallischen Verunreinigungen sind Nickel und Vanadin, obwohl oft auch andere Metalle, so Eisen, Kupfer und Zink, vorhanden sind. Sie liegen in der Hauptsache als thermisch stabile metallorganische Komplexe, wie Poryphyrine und deren Derivate, vor und sind meistens mit den Asphalten verbunden und werden in der Restfraktion konzentriert.The most common metallic impurities are nickel and vanadium, although other metals are often also so iron, copper, and zinc, are present. They lie mainly as thermally stable organometallic complexes, such as poryphyrins and their derivatives, and are mostly with the Asphaltenes are combined and are concentrated in the residual fraction. Obwohl ihre Konzentration in Öldestillaten relativ gering sein kann (oft unter 10 ppm), werden dadurch anschließende Arbeitsvorgänge oft beeinträchtigt. Wenn z. B. ein Kohlenwasserstoffmaterial mit 3,0 ppm metallorganischen Verbindungen, wie Metallporphyrinen, einer Hydrokrackung oder katalytischen Krackung zu niedrigersiedenden Kohlenwasserstoffen unterzogen wird, steigt der Metallniederschlag und dessen Konzentration auf dem Katalysator mit der Zeit an. Da Vanadin und die Eisengruppenmetalle bei den gebräuchlichen Kracktempe-Although their concentration in oil distillates can be relatively low (often below 10 ppm), it does subsequent work processes are often impaired. If z. B. a hydrocarbon material with 3.0 ppm organometallic compounds such as metal porphyrins, hydrocracking or catalytic If cracking is subjected to lower boiling hydrocarbons, the metal precipitate increases and its concentration on the catalyst over time. Because vanadium and the ferrous group metals at the usual cracking temperatures

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